JP5472551B2 - 高周波信号線路及び電子機器 - Google Patents

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Description

本発明は、高周波信号線路及び電子機器に関し、より特定的には、絶縁体層が積層されて構成されている素体に信号線が設けられてなる高周波信号線路及び電子機器に関する。
信号線がグランド導体によって上下から挟まれてなるトリプレート型のストリップライン構造を有する高周波信号線路では、信号線の高周波伝送ロスを小さくするために、信号線の線幅を広くすることが行われる。これにより、信号線の表面積が大きくなると共に、信号線と対向するグランド導体部分の面積が大きくなる。その結果、信号線の高周波伝送ロスが小さくなる。高周波伝送ロスとは、インピーダンス整合が取られた状態において主に高周波信号が熱に変化することによって生じるロスである。
しかしながら、信号線の線幅が広くなると、信号線とグランド導体とが対向する面積が大きくなり、信号線とグランド導体との間に発生する静電容量が大きくなる。したがって、高周波信号線路の特性インピーダンスを所定の特性インピーダンス(例えば、50Ω)に一致させるためには、信号線とグランド導体との距離を大きくして、これらの間の静電容量を小さくする必要がある。ところが、信号線とグランド導体との距離が大きくなると、高周波信号線路の厚みが大きくなる。
そこで、特許文献1に記載のフレキシブル基板が提案されている。図16は、特許文献1に記載のフレキシブル基板600を積層方向から平面視した図である。
フレキシブル基板600は、信号線路602及びグランド層604を備えている。信号線路602は、線状の導体である。グランド層604は、誘電体層を介して、信号線路602の積層方向の上側に積層されている。また、図示しないが、信号線路602の積層方向の下側にはグランド層が設けられている。そして、フレキシブル基板600では、グランド層604には、複数の開口606が設けられている。開口606は、長方形状をなしており、信号線路602上において、信号線路602が延在している方向に一列に並んでいる。これにより、信号線路602は、積層方向の上側から平面視したときに、一部においてグランド層604と重なるようになる。その結果、信号線路602とグランド層604との間に形成される静電容量が小さくなる。よって、信号線路602とグランド層604との間隔を小さくすることができ、フレキシブル基板600の薄型化が図られる。
しかしながら、特許文献1に記載のフレキシブル基板600は、以下に説明するように、フレキシブル基板600の薄型化を図ることが依然として困難であるという問題を有している。図17は、信号線路602及びグランド層604の等価回路図である。
フレキシブル基板600では、信号線路602に高周波信号が流れると、グランド層604の開口606間に位置するブリッジ部608には、図16に示すように、電磁誘導により電流i1,i2が流れる。電流i1,i2は、ブリッジ部608のy軸方向の中央から互いに反対方向に流れる。ここで、フレキシブル基板600のグランド層604は、図17に示す回路構造を有している。より詳細には、ブリッジ部608の右半分がインダクタ成分L11を形成し、ブリッジ部608の左半分がインダクタ成分L12を形成している。また、信号線路602とグランド層604との間には、キャパシタ成分C10が形成されている。インダクタ成分L11に電流i1が流れ、インダクタ成分L12に電流i2が流れると、電流i1の向きと電流i2の向きとが逆であるので、インダクタ成分L11が発生する磁界とインダクタ成分L12が発生する磁界とが打ち消し合う。その結果、図17に示す等価回路図において、インダクタ成分L11,L12が存在しない、もしくはインダクタ成分が著しく減少してしまう。よって、ブリッジ部608と重なっている部分の信号線路602の特性インピーダンスは、キャパシタ成分C10が支配的となり、所定の特性インピーダンスよりも低くなってしまう。以上より、特許文献1に記載のフレキシブル基板600では、信号線路602とグランド層604との間隔を大きくしなればならず、フレキシブル基板600の薄型化を図ることが困難である。
特開2007−123740号公報
そこで、本発明の目的は、高周波信号線路の薄型化を図ることができる高周波信号線路及び電子機器を提供することである。
本発明の一形態に係る高周波信号線路は、複数の絶縁体層が積層されて構成されている素体と、前記素体に設けられている線状の信号線と、前記素体において、前記信号線よりも積層方向の一方側に設けられ、かつ、前記絶縁体層を介して該信号線と対向している第1のグランド導体と、を備えており、前記第1のグランド導体は、積層方向から平面視したときに、前記信号線よりも該信号線に直交する方向の一方側において該信号線に沿って延在している第1の本体部と、積層方向から平面視したときに、前記第1の本体部から前記信号線に向かって突出し、かつ、該信号線と重なっている第1の突起部であって、該第1の本体部以外の導体と接続されていない第1の突起部と、を含んでいること、を特徴とする。
本発明の一形態に係る電子機器は、筐体と、前記筐体に収容されている高周波信号線路と、を備えており、前記高周波信号線路は、複数の絶縁体層が積層されて構成されている素体と、前記素体に設けられている線状の信号線と、前記素体において、前記信号線よりも積層方向の一方側に設けられ、かつ、前記絶縁体層を介して該信号線と対向している第1のグランド導体と、を備えており、前記第1のグランド導体は、積層方向から平面視したときに、前記信号線よりも該信号線に直交する方向の一方側において該信号線に沿って延在している第1の本体部と、積層方向から平面視したときに、前記第1の本体部から前記信号線に向かって突出し、かつ、該信号線と重なっている第1の突起部であって、該第1の本体部以外の導体と接続されていない第1の突起部と、を含んでいること、を特徴とする。
本発明によれば、高周波信号線路の薄型化を図ることができる。
本発明の一実施形態に係る高周波信号線路の外観斜視図である。 図1の高周波信号線路の誘電体素体の分解図である。 図1の高周波信号線路の断面構造図である。 高周波信号線路の断面構造図である。 高周波信号線路のコネクタの外観斜視図及び断面構造図である。 高周波信号線路が用いられた電子機器をy軸方向及びz軸方向から平面視した図である。 高周波信号線路をz軸方向から平面視した図である。 信号線及びグランド導体の等価回路図である。 第1の変形例に係る高周波信号線路をz軸方向から平面視した図である。 第2の変形例に係る高周波信号線路をz軸方向から平面視した図である。 第3の変形例に係る高周波信号線路をz軸方向から平面視した図である。 第4の変形例に係る高周波信号線路をz軸方向から平面視した図である。 第5の変形例に係る高周波信号線路をz軸方向から平面視した図である。 第6の変形例に係る高周波信号線路の分解図である。 第6の変形例に係る高周波信号線路をz軸方向から平面視した図である。 特許文献1に記載のフレキシブル基板を積層方向から平面視した図である。 信号線路及びグランド導体層の等価回路図である。
以下に、本発明の実施形態に係る高周波信号線路及び電子機器について図面を参照しながら説明する。
(高周波信号線路の構成)
以下に、本発明の一実施形態に係る高周波信号線路の構成について図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る高周波信号線路10の外観斜視図である。図2は、図1の高周波信号線路10の誘電体素体12の分解図である。図3は、図1の高周波信号線路10の断面構造図である。図4は、高周波信号線路10の断面構造図である。図5は、高周波信号線路10のコネクタ100bの外観斜視図及び断面構造図である。図1ないし図5において、高周波信号線路10の積層方向をz軸方向と定義する。また、高周波信号線路10の長手方向をx軸方向と定義し、x軸方向及びz軸方向に直交する方向をy軸方向と定義する。
高周波信号線路10は、例えば、携帯電話等の電子機器内において、2つの高周波回路を接続するために用いられる。高周波信号線路10は、図1ないし図3に示すように、誘電体素体12、外部端子16(16a,16b)、信号線20、グランド導体22,24,26、端子部28b,28c、ビアホール導体b1,b2,B1〜B4及びコネクタ100a,100bを備えている。
誘電体素体12は、z軸方向から平面視したときに、x軸方向に延在しており、線路部12a、接続部12b,12cを含んでいる。誘電体素体12は、図2に示す保護層14及び誘電体シート(絶縁体層)18(18a〜18c)がz軸方向の正方向側から負方向側へとこの順に積層されて構成されている積層体である。以下では、誘電体素体12のz軸方向の正方向側の主面を表面(第1の主面)と称し、誘電体素体12のz軸方向の負方向側の主面を裏面(第2の主面)と称す。
線路部12aは、x軸方向に延在している。接続部12b,12cはそれぞれ、線路部12aのx軸方向の負方向側の端部及びx軸方向の正方向側の端部に接続されており、矩形状をなしている。接続部12b,12cのy軸方向の幅は、線路部12aのy軸方向の幅よりも広い。
誘電体シート18は、z軸方向から平面視したときに、x軸方向に延在しており、誘電体素体12と同じ形状をなしている。誘電体シート18は、ポリイミドや液晶ポリマー等の可撓性を有する熱可塑性樹脂により構成されている。誘電体シート18aの厚さT1は、図4に示すように、誘電体シート18bの厚さT2よりも厚い。例えば、誘電体シート18a〜18cの積層後において、厚さT1は50〜300μmである。本実施形態では、厚さT1は150μmである。また、厚さT2は10〜100μmである。本実施形態では、厚さT2は50μmである。以下では、誘電体シート18のz軸方向の正方向側の主面を表面と称し、誘電体シート18のz軸方向の負方向側の主面を裏面と称す。
また、誘電体シート18aは、線路部18a−a及び接続部18a−b,18a−cにより構成されている。誘電体シート18bは、線路部18b−a及び接続部18b−b,18b−cにより構成されている。誘電体シート18cは、線路部18c−a及び接続部18c−b,18c−cにより構成されている。線路部18a−a,18b−a,18c−aは、線路部12aを構成している。接続部18a−b,18b−b,18c−bは、接続部12bを構成している。接続部18a−c,18b−c,18c−cは、接続部12cを構成している。
外部端子16aは、図1及び図2に示すように、接続部18a−bの表面の中央近傍に設けられている矩形状の導体である。外部端子16bは、図1及び図2に示すように、接続部18a−cの表面の中央近傍に設けられている矩形状の導体である。外部端子16a,16bは、銀や銅を主成分とする比抵抗の小さな金属材料により作製されている。また、外部端子16a,16bの表面には、金めっきが施されている。
信号線20は、図2に示すように、誘電体素体12内に設けられている線状導体であり、誘電体シート18bの表面をx軸方向に延在している。信号線20の両端はそれぞれ、z軸方向から平面視したときに、外部端子16a,16bと重なっている。信号線20は、銀や銅を主成分とする比抵抗の小さな金属材料により作製されている。
グランド導体22は、誘電体シート18aの表面に設けられている。これにより、グランド導体22は、図3に示すように、信号線20よりもz軸方向の正方向側に設けられ、かつ、誘電体シート18aを介して、信号線20と対向している。
より詳細には、グランド導体22は、線路部22a及び端子部22b,22cにより構成されている。線路部22aは、線路部18a−aの表面に設けられ、x軸方向に延在している。端子部22bは、接続部18a−bの表面に設けられ、外部端子16aの周囲を囲む矩形状の環をなしている。端子部22bは、線路部22aのx軸方向の負方向側の端部に接続されている。端子部22cは、接続部18a−cの表面に設けられ、外部端子16bの周囲を囲む環状の矩形状をなしている。端子部22cは、線路部22aのx軸方向の正方向側の端部に接続されている。グランド導体22は、銀や銅を主成分とする比抵抗の小さな金属材料により作製されている。
ここで、高周波信号線路10の特性インピーダンスは、主に、信号線20とグランド導体22との対向面積及び距離、並びに、誘電体シート18a〜18cの比誘電率に基づいて定まる。そこで、高周波信号線路10の特性インピーダンスを50Ωに設定する場合には、例えば、信号線20とグランド導体22によって高周波信号線路10aの特性インピーダンスが50Ωよりもやや高めの55Ωとなるように設計する。そして、信号線20とグランド導体22とグランド導体24によって高周波信号線路10aの特性インピーダンスが50Ωとなるように、後述するグランド導体24の形状を調整する。以上のように、グランド導体22は、基準グランド導体としての役割を果たす。
グランド導体24は、誘電体シート18cの表面に設けられている。これにより、グランド導体24は、図3に示すように、信号線20よりもz軸方向の負方向側に設けられ、かつ、誘電体シート18bを介して、信号線20と対向している。
より詳細には、グランド導体24は、本体部24a及び複数の突起部24bを含んでいる。本体部24aは、z軸方向から平面視したときに、y軸方向(信号線20に直交する方向)の正方向側において信号線20に沿ってx軸方向に延在している長方形状の導体である。本体部24aは、z軸方向から平面視したときに、信号線20とは重なっていない。
複数の突起部24bは、z軸方向から平面視したときに、本体部24aのy軸方向の負方向側の長辺からy軸方向の負方向側に向かって(すなわち、信号線20に向かって)突出し、かつ、信号線20と重なっている長方形状の導体である。複数の突起部24bは、x軸方向において等間隔に並んでいる。これにより、グランド導体24は、突起部24bにおいて信号線20の一部と重なっている。グランド導体24は、銀や銅を主成分とする比抵抗の小さな金属材料により作製されている。
グランド導体26は、誘電体シート18cの表面に設けられている。これにより、グランド導体24は、図3に示すように、信号線20よりもz軸方向の負方向側に設けられ、かつ、誘電体シート18bを介して、信号線20と対向している。
より詳細には、グランド導体26は、本体部26a及び複数の突起部26bを含んでいる。本体部26aは、z軸方向から平面視したときに、y軸方向(信号線20に直交する方向)の負方向側において信号線20に沿ってx軸方向に延在している長方形状の導体である。本体部26aは、z軸方向から平面視したときに、信号線20とは重なっていない。グランド導体26は、銀や銅を主成分とする比抵抗の小さな金属材料により作製されている。
複数の突起部26bは、z軸方向から平面視したときに、本体部26aのy軸方向の正方向側の長辺からy軸方向の正方向側に向かって(すなわち、信号線20に向かって)突出し、かつ、信号線20と重なっている長方形状の導体である。複数の突起部26bは、x軸方向において等間隔に並んでいる。これにより、グランド導体26は、突起部26bにおいて信号線20の一部と重なっている。
突起部24b,26bは、信号線20に沿ってx軸方向に交互に並んでいる。ただし、突起部24bは、他の導体に接続されておらず、グランド導体26に接続されていない。また、突起部26bは、他の導体に接続されておらず、グランド導体24に接続されていない。これにより、グランド導体24とグランド導体26との間には、隙間が形成されている。この隙間は、図2に示すように、y軸方向に振動しながらx軸方向に進行するジグザグ状をなしている。また、信号線20は、突起部24b,26bと重なっていると共に、隙間とも重なっている。また、隙間がx軸方向に延在している部分の幅G1は、隙間がy軸方向に延在している部分の幅G2よりも小さいことが好ましい。
グランド導体24,26は、シールドとしても機能する補助グランド導体である。また、グランド導体24,26は、前記の通り、高周波信号線路10の特性インピーダンスが50Ωとなるように最終的な調整を行うために設計されている。更に、グランド導体24,26の隙間の幅は、使用帯域内において輻射ノイズが発生しないように設計される。
端子部28bは、接続部18c−bの表面に設けられ、端子部22bと略同じ形状をなしている。端子部28bは、グランド導体24,26のx軸方向の負方向側の端部に接続されている。端子部28cは、線路部18c−cの表面に設けられ、端子部22cと略同じ形状をなしている。端子部28cは、グランド導体24,26のx軸方向の正方向側の端部に接続されている。端子部28b,28cは、銀や銅を主成分とする比抵抗の小さな金属材料により作製されている。
ビアホール導体b1は、誘電体シート18aの接続部18a−bをz軸方向に貫通しており、外部端子16aと信号線20のx軸方向の負方向側の端部とを接続している。ビアホール導体b2は、誘電体シート18aの接続部18a−cをz軸方向に貫通しており、外部端子16bと信号線20のx軸方向の正方向側の端部とを接続している。これにより、信号線20は、外部端子16a,16b間に接続されている。ビアホール導体b1,b2は、銀や銅を主成分とする比抵抗の小さな金属材料により作製されている。
複数のビアホール導体B1は、誘電体シート18aの線路部18a−aをz軸方向に貫通しており、線路部18a−aにおいて一列に等間隔に並んでいる。ビアホール導体B1は、z軸方向から平面視したときに、突起部24bに対してy軸方向(信号線20に直交する方向)の正方向側に設けられている。複数のビアホール導体B3は、誘電体シート18bの線路部18b−aをz軸方向に貫通しており、線路部18b−aにおいて一列に等間隔に並んでいる。ビアホール導体B3は、z軸方向から平面視したときに、突起部24bに対してy軸方向(信号線20に直交する方向)の正方向側に設けられている。ビアホール導体B1,B3は、互いに接続されることにより一本のビアホール導体を構成しており、グランド導体22とグランド導体24の本体部24aとを接続している。ビアホール導体B1,B3は、銀や銅を主成分とする比抵抗の小さな金属材料により作製されている。
複数のビアホール導体B2は、誘電体シート18aの線路部18a−aをz軸方向に貫通しており、線路部18a−aにおいて一列に等間隔に並んでいる。ビアホール導体B2は、z軸方向から平面視したときに、突起部26bに対してy軸方向(信号線20に直交する方向)の負方向側に設けられている。複数のビアホール導体B2は、誘電体シート18bの線路部18b−aをz軸方向に貫通しており、線路部18b−aにおいて一列に等間隔に並んでいる。ビアホール導体B4は、z軸方向から平面視したときに、突起部26bに対してy軸方向(信号線20に直交する方向)の負方向側に設けられている。ビアホール導体B2,B4は、互いに接続されることにより一本のビアホール導体を構成しており、グランド導体22とグランド導体26の本体部26aとを接続している。ビアホール導体B2,B4は、銀や銅を主成分とする比抵抗の小さな金属材料により作製されている。
以上のような高周波信号線路10では、信号線20とグランド導体22とのz軸方向における距離は、図4に示すように誘電体シート18aの厚さT1と略等しく、例えば、50μm〜300μmである。本実施形態では、信号線20とグランド導体22とのz軸方向における距離は、150μmである。一方、信号線20とグランド導体24,26とのz軸方向における距離は、図4に示すように誘電体シート18bの厚さT2と略等しく、例えば、10μm〜100μmである。本実施形態では、信号線20とグランド導体24,26とのz軸方向の距離は、50μmである。すなわち、信号線20とグランド導体22とのz軸方向における距離が、信号線20とグランド導体24,26とのz軸方向における距離よりも大きくなるように設計されている。
更に、高周波信号線路10では、信号線20と突起部24bとが重なっている部分からビアホール導体B1,B3までの距離L1、ビアホール導体B1,B3の長さL2、ビアホール導体B1,B3からビアホール導体B2,B4までの距離L3、ビアホール導体B2,B4の長さL4、及び、ビアホール導体B2,B4から信号線20と突起部24bに隣り合う突起部26bとが重なっている部分までの距離L5の合計は、信号線20を伝送される高周波信号の波長の1/4と略等しい。
保護層14は、誘電体シート18aの表面の略全面を覆っている。これにより、保護層14は、グランド導体22を覆っている。保護層14は、例えば、レジスト材等の可撓性樹脂からなる。
また、保護層14は、図2に示すように、線路部14a及び接続部14b,14cにより構成されている。線路部14aは、線路部18a−aの表面の全面を覆うことにより、線路部22aを覆っている。
接続部14bは、線路部14aのx軸方向の負方向側の端部に接続されており、接続部18a−bの表面を覆っている。ただし、接続部14bには、開口Ha〜Hdが設けられている。開口Haは、接続部14bの中央に設けられている矩形状の開口である。外部端子16aは、開口Haを介して外部に露出している。また、開口Hbは、開口Haのy軸方向の正方向側に設けられている矩形状の開口である。開口Hcは、開口Haのx軸方向の負方向側に設けられている矩形状の開口である。開口Hdは、開口Haのy軸方向の負方向側に設けられている矩形状の開口である。端子部22bは、開口Hb〜Hdを介して外部に露出することにより、外部端子として機能する。
接続部14cは、線路部14aのx軸方向の正方向側の端部に接続されており、接続部18a−cの表面を覆っている。ただし、接続部14cには、開口He〜Hhが設けられている。開口Heは、接続部14cの中央に設けられている矩形状の開口である。外部端子16bは、開口Heを介して外部に露出している。また、開口Hfは、開口Heのy軸方向の正方向側に設けられている矩形状の開口である。開口Hgは、開口Heのx軸方向の正方向側に設けられている矩形状の開口である。開口Hhは、開口Heのy軸方向の負方向側に設けられている矩形状の開口である。端子部22cは、開口Hf〜Hhを介して外部に露出することにより、外部端子として機能する。
コネクタ100a,100bはそれぞれ、接続部12b,12cの表面上に実装される。コネクタ100a,100bの構成は同じであるので、以下にコネクタ100bの構成を例に挙げて説明する。
コネクタ100bは、図1及び図5に示すように、コネクタ本体102、外部端子104,106及び中心導体108及び外部導体110により構成されている。コネクタ本体102は、矩形状の板に円筒が連結された形状をなしており、樹脂等の絶縁材料により作製されている。
外部端子104は、コネクタ本体102の板のz軸方向の負方向側の面において、外部端子16bと対向する位置に設けられている。外部端子106は、コネクタ本体102の板のz軸方向の負方向側の面において、開口Hf〜Hhを介して露出している端子部22cに対応する位置に設けられている。
中心導体108は、コネクタ本体102の円筒の中心に設けられており、外部端子104と接続されている。中心導体108は、高周波信号が入力又は出力する信号端子である。外部導体110は、コネクタ本体102の円筒の内周面に設けられており、外部端子106と接続されている。外部導体110は、接地電位に保たれるグランド端子である。
以上のように構成されたコネクタ100bは、外部端子104が外部端子16bと接続され、外部端子106が端子部22cと接続されるように、接続部12cの表面上に実装される。これにより、信号線20は、中心導体108に電気的に接続されている。また、グランド導体22,24,26は、外部導体110に電気的に接続されている。
高周波信号線路10は、以下に説明するように用いられる。図6は、高周波信号線路10が用いられた電子機器200をy軸方向及びz軸方向から平面視した図である。
電子機器200は、高周波信号線路10、回路基板202a,202b、レセプタクル204a,204b、バッテリーパック(金属体)206及び筐体210を備えている。
回路基板202aには、例えば、アンテナを含む送信回路又は受信回路が設けられている。回路基板202bには、例えば、給電回路が設けられている。バッテリーパック206は、例えば、リチウムイオン2次電池であり、その表面が金属カバーにより覆われた構造を有している。回路基板202a、バッテリーパック206及び回路基板202bは、x軸方向の負方向側から正方向側へとこの順に並んでいる。
レセプタクル204a,204bはそれぞれ、回路基板202a,202bのz軸方向の負方向側の主面上に設けられている。レセプタクル204a,204bにはそれぞれ、コネクタ100a,100bが接続される。これにより、コネクタ100a,100bの中心導体108には、回路基板202a,202b間を伝送される例えば2GHzの周波数を有する高周波信号がレセプタクル204a,204bを介して印加される。また、コネクタ100a,100bの外部導体110には、回路基板202a,202b及びレセプタクル204a,204bを介して、グランド電位に保たれる。これにより、高周波信号線路10は、回路基板202a,202b間を接続している。
ここで、誘電体素体12の表面(より正確には、保護層14)は、バッテリーパック206に対して接触している。そして、誘電体素体12の表面とバッテリーパック206とは、接着剤等により固定されている。誘電体素体12の表面は、信号線20に関してグランド導体22側に位置する主面である。よって、信号線20とバッテリーパック206との間には、ベタ状のグランド導体22が位置している。
(高周波信号線路の製造方法)
以下に、高周波信号線路10の製造方法について図2を参照しながら説明する。以下では、一つの高周波信号線路10が作製される場合を例にとって説明するが、実際には、大判の誘電体シートが積層及びカットされることにより、同時に複数の高周波信号線路10が作製される。
まず、表面の全面に銅箔が形成された熱可塑性樹脂からなる誘電体シート18を準備する。誘電体シート18の銅箔の表面は、例えば、防錆のための亜鉛鍍金が施されることにより、平滑化されている。銅箔の厚みは、10μm〜20μmである。
次に、フォトリソグラフィ工程により、図2に示す外部端子16及びグランド導体22を誘電体シート18aの表面に形成する。具体的には、誘電体シート18aの銅箔上に、図2に示す外部端子16(16a,16b)及びグランド導体22と同じ形状のレジストを印刷する。そして、銅箔に対してエッチング処理を施すことにより、レジストにより覆われていない部分の銅箔を除去する。その後、レジストを除去する。これにより、図2に示すような、外部端子16及びグランド導体22が誘電体シート18aの表面に形成される。
次に、フォトリソグラフィ工程により、図2に示す信号線20を誘電体シート18bの表面に形成する。また、フォトリソグラフィ工程により、図2に示すグランド導体24,26及び端子部28b,28cを誘電体シート18cの表面に形成する。なお、これらのフォトリソグラフィ工程は、外部端子16及びグランド導体22を形成する際のフォトリソグラフィ工程と同様であるので、説明を省略する。
次に、誘電体シート18a,18bのビアホール導体b1,b2,B1〜B4が形成される位置に対して、裏面側からレーザービームを照射して、貫通孔を形成する。その後、誘電体シート18a,18bに形成した貫通孔に対して、導電性ペーストを充填する。
次に、誘電体シート18a〜18cをz軸方向の正方向側から負方向側へとこの順に積み重ねる。そして、誘電体シート18a〜18cに対してz軸方向の正方向側及び負方向側から熱及び圧力を加えることにより、誘電体シート18a〜18cを軟化させて圧着・一体化するとともに、貫通孔に充填された導電性ペーストを固化して、図2に示すビアホール導体b1,b2,B1〜B4を形成する。なお、各誘電体シート18は、熱圧着に代えてエポキシ系樹脂等の接着剤を用いて一体化されてもよい。また、ビアホール導体b1,b2,B1〜B4は、誘電体シート18を一体化した後に、貫通孔を形成し、貫通孔に導電性ペーストを充填するかめっき膜を形成することによって形成されてもよい。なお、ビアホール導体とは、貫通孔に導体が完全に充填されたもののほか、貫通孔に導体が完全に充填されることなく、貫通孔の内周面が導体によって覆われたものも含む。
最後に、樹脂(レジスト)ペーストを塗布することにより、誘電体シート18a上に保護層14を形成する。これにより、図1に示す高周波信号線路10が得られる。
(効果)
本実施形態に係る高周波信号線路10によれば、高周波信号線路10の薄型化を図ることができる。図7は、高周波信号線路10をz軸方向から平面視した図である。図8は、信号線20及びグランド導体24,26の等価回路図である。
特許文献1に記載のフレキシブル基板600では、信号線路602に高周波信号が流れると、グランド層604の開口606間に位置するブリッジ部608には、図16に示すように、電磁誘導により電流i1,i2が流れる。電流i1,i2は、ブリッジ部608のy軸方向の中央から互いに反対方向に流れる。ここで、フレキシブル基板600のグランド層604は、図17に示す回路構造を有している。より詳細には、ブリッジ部608の右半分がインダクタ成分L11を形成し、ブリッジ部608の左半分がインダクタ成分L12を形成している。また、信号線路602とグランド層604との間には、キャパシタ成分C10が形成されている。インダクタ成分L11に電流i1が流れ、インダクタ成分L12に電流i2が流れると、電流i1の向きと電流i2の向きとが逆であるので、インダクタ成分L11が発生する磁界とインダクタ成分L12が発生する磁界とが打ち消し合う。その結果、図17に示す等価回路図において、インダクタ成分L11,L12が存在しない、もしくはインダクタ成分が著しく減少してしまう。よって、ブリッジ部608と重なっている部分の信号線路602の特性インピーダンスは、キャパシタ成分C10が支配的となり、所定の特性インピーダンスよりも低くなってしまう。以上より、特許文献1に記載のフレキシブル基板600では、信号線路602とグランド層604との間隔を大きくしなればならず、フレキシブル基板600の薄型化を図ることが困難である。
一方、高周波信号線路10は、本体部24a,26a及び突起部24b,26bを含んでいる。本体部24a,26aはそれぞれ、z軸方向から平面視したときに、信号線20よりもy軸方向の正方向側及び負方向側において信号線20に沿って延在している。また、突起部24b,26bはそれぞれ、z軸方向から平面視したときに、本体部24a,26aから信号線20に向かって突出し、かつ、信号線20と重なっている。更に、突起部24bはグランド導体26と接続されておらず、突起部26bはグランド導体24に接続されていない。これにより、高周波信号線路10の信号線20及びグランド導体24,26は、図8に示す回路構造を有している。より詳細には、突起部24b,26bがそれぞれ、インダクタ成分L1,L2を形成している。突起部24b,26bはそれぞれ、グランド導体26,24に接続されていないので、インダクタ成分L1,L2以外のインダクタ成分を形成していない。また、信号線20とグランド導体24,26との間には、キャパシタ成分C1が形成されている。インダクタ成分L1,L2とキャパシタ成分C1とは直列に接続されている。
ここで、電流i3が信号線20をx軸方向の正方向側に向かって流れると、電磁誘導により、グランド導体24,26にはx軸方向の負方向側に向かって電流が流れるようになる。この際、突起部24bには、y軸方向の正方向側に向かって電流i5が流れる。すなわち、インダクタ成分L1に電流i5が流れる。ただし、突起部24bがグランド導体26に接続されていないので、電流i5と逆向きの電流が突起部24bには流れない。よって、インダクタ成分L1が発生する磁界が打ち消されることはない。また、突起部26bには、y軸方向の正方向側に向かって電流i7が流れる。すなわち、インダクタ成分L2に電流i7が流れる。ただし、突起部26bがグランド導体24に接続されていないので、電流i7と逆向きの電流が突起部26bには流れない。よって、インダクタ成分L2が発生する磁界が打ち消されることはない。なお、電流i3と逆向きの電流が信号線20に流れる場合も、同様の現象が生じる。その結果、信号線20の特性インピーダンスは、インダクタ成分L1,L2及びキャパシタ成分C1が支配的となり、所定の特性インピーダンス(例えば、50Ω)に整合される。その結果、高周波信号線路10では、特許文献1に記載のフレキシブル基板600のように、信号線20とグランド導体24,26とのz軸方向の距離を大きくする必要がなく、高周波信号線路10の薄型化を図ることができる。または、高周波信号線路10の薄型化を図る代わりに、信号線20の線幅を太くすることが可能である。
また、高周波信号線路10は、不要輻射が発生することを抑制できる。より詳細には、高周波信号線路10では、信号線20と突起部24bとが重なっている部分からビアホール導体B1,B3までの距離L1、ビアホール導体B1,B3の長さL2、ビアホール導体B1,B3からビアホール導体B2,B4までの距離L3、ビアホール導体B2,B4の長さL4、及び、ビアホール導体B2,B4から信号線20と突起部24bに隣り合う突起部26bとが重なっている部分までの距離L5の合計は、信号線20を伝送される高周波信号の波長の1/4と略等しい。これにより、隣り合う突起部24bと突起部26bとの電位差が最大となる。その結果、突起部24bと突起部26bとの間には、強い電界が形成されるようになる。よって、信号線20からの電界は、突起部24bと突起部26bとの間から高周波信号線路10外に放射されることなく、突起部24b,26bに向かうようになる。その結果、高周波信号線路10では、不要輻射が発生することが抑制される。
(第1の変形例)
以下に第1の変形例に係る高周波信号線路について図面を参照しながら説明する。図9は、第1の変形例に係る高周波信号線路10aをz軸方向から平面視した図である。
高周波信号線路10aでは、突起部24b,26bが相対的に疎に設けられている領域A1と、突起部24b,26bが相対的に密に設けられている領域A2とが信号線20に沿ってx軸方向に周期的に並んでいる。また、領域A1における信号線20の線幅W1が領域A2における信号線20の線幅W2よりも広くなっている。
領域A2では、突起部24b,26bの間隔が相対的に小さく、領域A1では、突起部24b,26bの間隔が相対的に大きい。これにより、領域A1では、突起部24b,26bが相対的に疎に設けられ、領域A2では、突起部24b,26bが相対的に密に設けられている。よって、領域A1では、信号線20とグランド導体24,26との間の静電容量が相対的に小さくなって、信号線20の特性インピーダンスが相対的に高くなる。また、領域A2では、信号線20とグランド導体24,26との間の静電容量が相対的に大きくなって、信号線20の特性インピーダンスが相対的に低くなる。そして、領域A1,A2は、x軸方向に交互に並んでいるので、信号線20の特性インピーダンスは、周期的に変動するようになる。
以上のように、信号線20の特性インピーダンスが周期的に変動すると、不要輻射の発生を抑制できる。より詳細には、高周波信号線路において、信号線が一定の特性インピーダンスを有している場合には、特性インピーダンスが高い信号線路の両端が節となって比較的に長い波長を有する定常波が発生する。比較的に長い波長の定常波は、比較的に低い周波数を有している。このような比較的に低い周波数が、高周波信号線路において伝送される高周波信号の周波数よりも低いと、比較的に低い周波数の不要輻射が高周波信号線路から発生する。
そこで、高周波信号線路10では、相対的に特性インピーダンスが高い領域A1と相対的に特性インピーダンスが低い領域A2とが設けられている。よって、領域A1が定常波の節となる。これにより、信号線20に発生し得る定常波の波長は、隣り合う領域A1間の距離の2倍となる。その結果、信号線20に発生し得る定常波の周波数は、比較的に高くなる。よって、信号線20の領域A1の間隔を十分に短くすることにより、信号線20に発生し得る定常波の周波数を高周波信号線路10において伝送される高周波信号の周波数よりも高くすることが可能である。これにより、高周波信号線路10に高周波信号が伝送されたとしても、高周波信号線路10から不要輻射が発生することが抑制されるようになる。なお、高周波信号線路10から不要輻射が発生することをより効果的に抑制するために、信号線20の領域A1(すなわち、グランド導体24)の間隔は、高周波信号線路10を伝送される高周波信号の波長の半分よりも短いことが好ましい。
また、高周波信号線路10では、領域A1における信号線20の線幅W1が領域A2における信号線20の線幅W2よりも広くなっている。領域A1では、突起部24b,26bが相対的に疎に設けられているので、突起部24b,26bと信号線20との間に形成される静電容量も相対的に小さい。よって、信号線20の線幅W1を変化させても、突起部24b,26bと信号線20との間に形成される静電容量が殆ど変化せず、信号線20の特性インピーダンスもほとんど変化しない。そこで、信号線20の線幅W1を広くして、信号線20の特性インピーダンスを大きく変化させることなく、信号線20の直流抵抗を低減することができる。
なお、高周波信号線路10aのその他の構成は、高周波信号線路10の構成と同じであるので説明を省略する。
(第2の変形例)
以下に第2の変形例に係る高周波信号線路について図面を参照しながら説明する。図10は、第2の変形例に係る高周波信号線路10bをz軸方向から平面視した図である。
高周波信号線路10bでは、突起部24b,26bが相対的に疎に設けられている領域A1と、突起部24b,26bが相対的に密に設けられている領域A2,A3とが信号線20に沿ってx軸方向に周期的に並んでいる。
領域A2では、突起部24b−1、26b−1,24b−2,26b−2,24b−3がx軸方向にこの順に並んでいる。そして、突起部24b−1,26b−1の間隔D1及び突起部26b−2,24b−3の間隔D1は、突起部26b−1,24b−2の間隔D2及び突起部24b−2,26b−2の間隔D2よりも大きい。更に、突起部24b−1,24b−3の幅W3は、突起部26b−1,26b−2の幅W5よりも狭く、突起部26b−1,26b−2の幅W5は、突起部24b−2の幅W4よりも狭い。以上のように、領域A2では、x軸方向の両端に行くにしたがって、突起部の幅が小さくなると共に、突起部の間隔が大きくなる。その結果、領域A2では、x軸方向の両端に行くにしたがって、信号線20とグランド導体24,26との間の静電容量が小さくなるので、信号線20の特性インピーダンスが高くなる。更に、領域A2では、x軸方向の両端に行くにしたがって、グランド導体24,26のインダクタ成分が大きくなるので、信号線20の特性インピーダンスが高くなる。
領域A3では、突起部26b−3、24b−4,26b−4,24b−5,26b−5がx軸方向にこの順に並んでいる。そして、突起部26b−3,24b−4の間隔D1及び突起部24b−5,26b−5の間隔D1は、突起部24b−4,26b−4の間隔D2及び突起部26b−4,24b−5の間隔D2よりも大きい。更に、突起部26b−3,26b−5の幅W3は、突起部24b−4,24b−5の幅W5よりも狭く、突起部24b−4,24b−5の幅W5は、突起部26b−4の幅W4よりも狭い。以上のように、領域A3では、x軸方向の両端に行くにしたがって、突起部の幅が小さくなると共に、突起部の間隔が大きくなる。その結果、領域A3では、x軸方向の両端に行くにしたがって、信号線20とグランド導体24,26との間の静電容量が小さくなるので、信号線20の特性インピーダンスが高くなる。更に、領域A3では、x軸方向の両端に行くにしたがって、グランド導体24,26のインダクタ成分が大きくなるので、信号線20の特性インピーダンスが高くなる。
以上のように、高周波信号線路10bでは、領域A2,A3における信号線20の特性インピーダンスが一定ではなく、段階的に変動するようになる。その結果、領域A1と領域A2との境界及び領域A1と領域A3との境界において信号線20の特性インピーダンスが急激に変動することが抑制される。その結果、領域A1と領域A2との境界及び領域A1と領域A3との境界において高周波信号が反射することが抑制される。
なお、高周波信号線路10bのその他の構成は、高周波信号線路10の構成と同じであるので説明を省略する。
(第3の変形例)
以下に第3の変形例に係る高周波信号線路について図面を参照しながら説明する。図11は、第3の変形例に係る高周波信号線路10cをz軸方向から平面視した図である。
高周波信号線路10cのように、ブリッジ部30によって、グランド導体24とグランド導体26とが接続されていてもよい。
(第4の変形例)
以下に第4の変形例に係る高周波信号線路について図面を参照しながら説明する。図12は、第4の変形例に係る高周波信号線路10dをz軸方向から平面視した図である。
高周波信号線路10dでは、突起部24b,26bが先端に行くにしたがって幅が小さくなる台形状をなしている。このように、突起部24b,26bの形状を調整することによって、信号線20と突起部24b,26bとの間に形成される静電容量を調整することが可能である。なお、突起部24b,26bは、先端に行くにしたがって幅が広くなる台形状をなしていてもよい。
また、高周波信号線路10dでは、突起部24b,26bが設けられている部分における信号線20の線幅Waは、突起部24b,26bが設けられていない部分における信号線20の線幅Wbよりも広い。これにより、信号線20と突起部24b,26bとの間に形成される静電容量が大きくなる。このように、信号線20の線幅を調整することによって、信号線20と突起部24b,26bとの間に形成される静電容量を調整することが可能である。
(第5の変形例)
以下に第5の変形例に係る高周波信号線路について図面を参照しながら説明する。図13は、第5の変形例に係る高周波信号線路10eをz軸方向から平面視した図である。
高周波信号線路10eでは、突起部24b,26bがy軸方向において対向している。また、突起部24b,26bが設けられている部分における信号線20の線幅Waは、突起部24b,26bが設けられていない部分における信号線20の線幅Wbよりも広い。これにより、突起部24b,26bは、y軸方向に対向した状態で信号線20に対して重なっている。
(第6の変形例)
以下に第6の変形例に係る高周波信号線路について図面を参照しながら説明する。図14は、第6の変形例に係る高周波信号線路10fの分解図である。図15は、第6の変形例に係る高周波信号線路10fをz軸方向から平面視した図である。
高周波信号線路10fは、図14及び図15に示すように、グランド導体22の代わりに、それぞれ突起部23b,25bを有するグランド導体23,25及び端子部27a,27bが設けられている点において高周波信号線路10と相違する。以下に、かかる相違点を中心に高周波信号線路10fについて説明する。
グランド導体23は、グランド導体24と同じ構造を有している。また、グランド導体25は、グランド導体26と同じ構造を有している。端子部27aは、端子部28aと同じ構造を有している。また、端子部27bは、端子部28bと同じ構造を有している。
また、グランド導体23,25は、図15に示すように、グランド導体24,26に対して半周期だけx軸方向にずれている。すなわち、グランド導体23とグランド導体25とに挟まれたジグザグ状の隙間と、グランド導体24とグランド導体26とに挟まれたジグザグ状の隙間とは、x軸方向において半周期だけずれている。
また、突起部23bと突起部24bとは、2つのビアホール導体B1,B3及び2つのビアホール導体B2,B4により接続されている。すなわち、突起部23bと突起部24bとは、4本のビアホール導体により接続されている。同様に、突起部25bと突起部26bとは、2つのビアホール導体B1,B3及び2つのビアホール導体B2,B4により接続されている。すなわち、突起部25bと突起部26bとは、4本のビアホール導体により接続されている。
以上のような高周波信号線路10fによれば、信号線20のy軸方向の両側に隙間が存在しない。すなわち、信号線20のy軸方向のいずれか一方にしか隙間が存在しない。よって、信号線20の特性インピーダンスが急激に変化することが抑制される。
(その他の実施形態)
本発明に係る高周波信号線路は、前記実施形態に係る高周波信号線路10,10a〜10fに限らず、その要旨の範囲内において変更可能である。
なお、各実施形態においては、グランド導体24,26はいずれも設けられたが、いずれか片方だけでもよい。この場合も特許文献1に記載のフレキシブル基板のように不所望なインダクタンス成分の減少により薄型化が阻害されることがない。したがって、高周波信号線路の薄型化が図れる。なお、不要輻射が発生することをさらに確実に抑制するためにグランド導体24,26はいずれも設けられることが好ましい。
なお、高周波信号線路10,10a〜10fに示した構成を組み合わせてもよい。
なお、図1の高周波信号線路10において、グランド導体22がグランド導体24と同じ形状であってもよい。また、グランド導体22は、信号線20に沿って並ぶ複数の開口が設けられることによりはしご状をなしていてもよい。
なお、高周波信号線路10,10a〜10fは、アンテナフロントエンドモジュールなどRF回路基板における高周波信号線路として用いられてもよい。
以上のように、本発明は、高周波信号線路及び電子機器に有用であり、特に、高周波信号線路10の薄型化を図ることができる点において優れている。
B1〜B4,b1,b2 ビアホール導体
10,10a〜10f 高周波信号線路
12 誘電体素体
18a〜18c 誘電体シート
20 信号線
22,23,24,25,26 グランド導体
24a,26a 本体部
24b,26b 突起部

Claims (7)

  1. 複数の絶縁体層が積層されて構成されている素体と、
    前記素体に設けられている線状の信号線と、
    前記素体において、前記信号線よりも積層方向の一方側に設けられ、かつ、前記絶縁体層を介して該信号線と対向している第1のグランド導体と、
    を備えており、
    前記第1のグランド導体は、
    積層方向から平面視したときに、前記信号線よりも該信号線に直交する方向の一方側において該信号線に沿って延在している第1の本体部と、
    積層方向から平面視したときに、前記第1の本体部から前記信号線に向かって突出し、かつ、該信号線と重なっている第1の突起部であって、該第1の本体部以外の導体と接続されていない第1の突起部と、
    を含んでいること、
    を特徴とする高周波信号線路。
  2. 前記高周波信号線路は、
    前記素体において、前記信号線よりも積層方向の一方側に設けられ、かつ、前記絶縁体層を介して該信号線と対向している第2のグランド導体と、
    を更に備えており、
    前記第1の突起部は、前記第2のグランド導体には接続されておらず、
    前記第2のグランド導体は、
    積層方向から平面視したときに、前記信号線よりも該信号線に直交する方向の他方側において該信号線に沿って延在している第2の本体部と、
    積層方向から平面視したときに、前記第2の本体部から前記信号線に向かって突出し、かつ、該信号線と重なっている第2の突起部であって、前記第1のグランド導体には接続されていない第2の突起部と、
    を含んでいること、
    を特徴とする請求項1に記載の高周波信号線路。
  3. 前記第1の突起部と前記第2の突起部とは前記信号線に沿って交互に並んでいること、
    を特徴とする請求項2に記載の高周波信号線路。
  4. 前記第1の突起部及び前記第2の突起部が相対的に密に設けられている第1の領域と該第1の突起部及び該第2の突起部が相対的に疎に設けられている第2の領域とが前記信号線に沿って周期的に並んでいること、
    を特徴とする請求項2又は請求項3のいずれかに記載の高周波信号線路。
  5. 前記高周波信号線路は、
    前記素体において、前記信号線よりも積層方向の他方側に設けられ、かつ、前記絶縁体層を介して該信号線と対向している第3のグランド導体と、
    前記第1のグランド導体と前記第3のグランド導体とを接続する第1のビアホール導体と、
    前記第2のグランド導体と前記第3のグランド導体とを接続する第2のビアホール導体と、
    を更に備えていること、
    を特徴とする請求項2ないし請求項4のいずれかに記載の高周波信号線路。
  6. 前記第1のビアホール導体は、前記第1の突起部に対して前記信号線に直交する方向の一方側に設けられており、
    前記第2のビアホール導体は、前記第2の突起部に対して前記信号線に直交する方向の他方側に設けられており、
    前記信号線と前記第1の突起部とが重なっている部分から前記第1のビアホール導体までの距離、該第1のビアホール導体の長さ、該第1のビアホール導体から前記第2のビアホール導体までの距離、該第2のビアホール導体の長さ、及び、該第2のビアホール導体から該信号線と該第1の突起部に隣り合う前記第2の突起部とが重なっている部分までの距離の合計は、該信号線を伝送される高周波信号の波長の1/4と略等しいこと、
    を特徴とする請求項5に記載の高周波信号線路。
  7. 筐体と、
    前記筐体に収容されている高周波信号線路と、
    を備えており、
    前記高周波信号線路は、
    複数の絶縁体層が積層されて構成されている素体と、
    前記素体に設けられている線状の信号線と、
    前記素体において、前記信号線よりも積層方向の一方側に設けられ、かつ、前記絶縁体層を介して該信号線と対向している第1のグランド導体と、
    を備えており、
    前記第1のグランド導体は、
    積層方向から平面視したときに、前記信号線よりも該信号線に直交する方向の一方側において該信号線に沿って延在している第1の本体部と、
    積層方向から平面視したときに、前記第1の本体部から前記信号線に向かって突出し、かつ、該信号線と重なっている第1の突起部であって、該第1の本体部以外の導体と接続されていない第1の突起部と、
    を含んでいること、
    を特徴とする電子機器。
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