JP5737476B2 - 高周波信号線路 - Google Patents

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Description

本発明は、高周波信号線路に関し、より特定的には、高周波信号の伝送に用いられる高周波信号線路に関する。
従来の高周波信号線路としては、例えば、特許文献1に記載の信号線路が知られている。図10は、特許文献1に記載の信号線路500の分解図である。
図10に示す信号線路500は、本体512、グランド導体530a,530b,534及び信号線532を備えている。本体512は、絶縁シート522a〜522dがこの順に積層されて構成されている。
信号線532は、絶縁シート522c上に設けられている。グランド導体530a,530bは、絶縁シート522b上に設けられている。グランド導体530a,530bは、スリットSを介して対向している。スリットSは、積層方向から平面視したときに、信号線532と重なっている。したがって、グランド導体530a,530bは、信号線532とは対向していない。
グランド導体534は、絶縁シート522d上に設けられており、絶縁シート522cを介して信号線532と対向している。
以上のように構成された信号線路500では、グランド導体530a,530bが信号線532と対向していないので、グランド導体530a,530bと信号線532との間に容量が形成されにくくなる。そのため、グランド導体530a,530bと信号線532との積層方向の間隔を小さくしても、これらの間に形成される容量が大きくなりすぎて、信号線532の特性インピーダンスが所望の特性インピーダンスからずれることが抑制される。その結果、信号線路500では、本体512の薄型化を図ることが可能である。
しかしながら、特許文献1に記載の信号線路500では、以下に説明するように、比較的に低い周波数のノイズが発生しやすい。以下では、信号線路500の両端を端部540a,540bとし、信号線路500の端部540a,540b間の部分を線路部542とする。
信号線路500は、図10に示すように、線路部542において均一な断面構造を有している。そのため、線路部542における信号線532の特性インピーダンスは均一である。一方、端部540a,540bは、例えば、回路基板のソケットに挿入される。この際、ソケット内の端子と信号線532の両端とが接続されるので、これらの接続部分において寄生インピーダンスが発生する。更に、端部540a,540bにおける信号線532が回路基板のソケット内の導体と対向するため、端部540a,540bにおける信号線532と回路基板のソケット内の導体との間には寄生容量が形成される。その結果、端部540a,540bにおける信号線532の特性インピーダンスは、線路部542における信号線532の特性インピーダンスと異なってしまう。
ここで、端部540a,540bにおける信号線532の特性インピーダンスが線路部542における信号線532の特性インピーダンスと異なると、端部540a,540bにおいて高周波信号の反射が発生する。これにより、端部540a,540b間の距離を1/2波長とする低い周波数の定在波が発生する。その結果、信号線路500から低い周波数のノイズが放射される。
国際公開2011/018934号パンフレット
そこで、本発明の目的は、低い周波数のノイズの発生を抑制できる高周波信号線路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、第1の層及び第2の層を有する本体と、前記第1の層に設けられている第1の線路部と、前記第2の層に設けられている第2の線路部と、該第1の線路部と該第2の線路部とを接続する第1の層間接続部とを含んでいる信号線路と、前記第1の層において前記第1の線路部に沿って延在している第1のグランド部であって、両端が該両端以外の中間部分よりも該第1の線路部に近接している第1のグランド部を含んでいる第1のグランド導体と、前記第2の層において前記第2の線路部に沿って延在している第2のグランド部であって、両端が該両端以外の中間部分よりも該第2の線路部に近接している第2のグランド部を含んでいる第2のグランド導体と、前記第1のグランド部の端部と前記第2のグランド部の端部とを接続する第2の層間接続部と、を備えており、前記第1の層間接続部と前記第2の層間接続部との距離は、前記第1の線路部と前記第1のグランド部の中間部分との距離よりも小さく、かつ、前記第2の線路部と前記第2のグランド部の中間部分との距離よりも小さいこと、を特徴とする。
本発明によれば、低い周波数のノイズの発生を抑制できる。
一実施形態に係る高周波信号線路の外観斜視図である。 一実施形態に係る高周波信号線路の誘電体素体の分解図である。 一実施形態に係る高周波信号線路の信号線路及びグランド導体を平面視した図である。 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。 第1の変形例に係る高周波信号線路の信号線路及びグランド導体を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の信号線路及びグランド導体を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の信号線路及びグランド導体を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の信号線路及びグランド導体を平面視した図である。 特許文献1に記載の信号線路の分解図である。
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、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、一実施形態に係る高周波信号線路10の誘電体素体12の分解図である。図3は、一実施形態に係る高周波信号線路10の信号線路S1及びグランド導体22,24を平面視した図である。図1ないし図3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、図1ないし図3に示すように、誘電体素体(本体)12、信号線路S1、グランド導体22,24、コネクタ100a,100b及びビアホール導体b3〜b6を備えている。
誘電体素体12は、図1に示すように、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及び接続部12b,12cを含んでいる。誘電体素体12は、図2に示すように、保護層14、誘電体シート(シート部材)18及び保護層15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可撓性の積層体である。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と称す。
線路部12aは、x軸方向に延在している。接続部12bは、線路部12aのx軸方向の負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12cは、線路部12aの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軸方向の幅と等しい。すなわち、誘電体素体12は、z軸方向から平面視したときに長方形状をなしている。
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18の厚さは、例えば、200μm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18は、線路部18a及び接続部18b,18cにより構成されている。線路部18aは、線路部12aを構成している。接続部18bは、接続部12bを構成している。接続部18cは、接続部12cを構成している。
信号線路S1は、図2に示すように、誘電体素体12に設けられている線状導体であり、x軸方向に延在している。信号線路S1は、線路部20,21及びビアホール導体(層間接続部)b1,b2により構成されている。
線路部20(第1の線路部)は、誘電体素体12の誘電体シート18の表面(第1の層)に設けられている。線路部21(第2の線路部)は、誘電体素体12の誘電体シート18の裏面(第2の層)に設けられている。
線路部20は、図2及び図3に示すように、誘電体シート18の線路部18aの表面に設けられており、x軸方向において等間隔に並ぶ長方形状の導体である。線路部21は、誘電体シート18の線路部18aの裏面に設けられており、x軸方向において等間隔に並ぶ長方形状の導体である。ただし、線路部20と線路部21とは、x軸方向においてずらされて配置されている。そして、線路部20のx軸方向の正方向側の端部は、z軸方向から平面視したときに、線路部21のx軸方向の負方向側の端部と重なっている。線路部20のx軸方向の負方向側の端部は、z軸方向から平面視したときに、線路部21のx軸方向の正方向側の端部と重なっている。よって、線路部20,21は、x軸方向において交互に並んでいる。
また、x軸方向の最も負方向側に位置する線路部20のx軸方向の負方向側の端部は、接続部18bの表面の中央に位置している。同様に、x軸方向の最も正方向側に位置する線路部20のx軸方向の正方向側の端部は、接続部18cの表面の中央に位置している。x軸方向の最も負方向側に位置する線路部20のx軸方向の負方向側の端部及びx軸方向の最も正方向側に位置する線路部20のx軸方向の正方向側の端部はそれぞれ、外部端子として用いられる。以下では、x軸方向の最も負方向側に位置する線路部20のx軸方向の負方向側の端部及びx軸方向の最も正方向側に位置する線路部20のx軸方向の正方向側の端部を外部端子16a,16bと呼ぶ。外部端子16a,16bの表面には、金めっきが施されている。
線路部20の長さL1(図3参照)及び線路部21の長さL2(図3参照)は、信号線路S1を伝送される高周波信号の波長の1/2よりも短い。以上のような線路部20,21は、銀や銅やアルミニウム等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(第1の層間接続部)は、誘電体シート18をz軸方向に貫通することにより、誘電体シート18の表面と誘電体シート18の裏面とを繋いでいる。そして、ビアホール導体b1のz軸方向の正方向側の端部は、線路部20のx軸方向の正方向側の端部に接続されている。ビアホール導体b1のz軸方向の負方向側の端部は、線路部21のx軸方向の負方向側の端部に接続されている。
ビアホール導体b2(第1の線路部)は、誘電体シート18をz軸方向に貫通することにより、誘電体シート18の表面と誘電体シート18の裏面とを繋いでいる。そして、ビアホール導体b2のz軸方向の正方向側の端部は、線路部20のx軸方向の負方向側の端部に接続されている。ビアホール導体b2のz軸方向の負方向側の端部は、線路部21のx軸方向の正方向側の端部に接続されている。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。なお、ビアホール導体b1,b2の代わりに、貫通孔の内周面にめっき等の導体層が形成されたスルーホールが用いられてもよい。
以上のように、信号線路S1は、線路部20,21がビアホール導体b1,b2によって交互に接続されている。これにより、信号線路S1は、図2に示すように、y軸方向から平面視したときに、z軸方向に振動しながらx軸方向に進行するジグザグ形状をなしている。
グランド導体22(第1のグランド導体)は、図2及び図3に示すように、線路部20が設けられている誘電体シート18の表面に設けられ、z軸方向(誘電体シート18の表面の法線方向)から平面視したときに、複数の線路部21と重なっていると共に、複数の線路部20と重なっていない。グランド導体22は、銀や銅やアルミニウム等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。以下に、グランド導体22についてより詳細に説明する。
グランド導体22は、図2に示すように、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の表面に設けられ、x軸方向に延在している。線路部22aは、図2及び図3に示すように、グランド部23a〜23cを含んでいる。
グランド部23a(第1のグランド部)は、図3に示すように、線路部18aの表面において線路部20よりもy軸方向の正方向側に設けられており、線路部20に沿ってx軸方向に延在している。また、グランド導体23aは、中間部分23a−1及び端部23a−2,23a−3を有している。端部23a−2は、グランド導体23aのx軸方向の正方向側の端部である。端部23a−3は、グランド導体23aのx軸方向の負方向側の端部である。中間部分23a−1は、グランド導体23aにおける端部23a−2,23a−3以外の部分であり、端部23a−2と端部23a−3とに挟まれた部分である。端部23a−2,23a−3は、中間部分23a−1よりも線路部20に近接している。すなわち、端部23a−2,23a−3は、中間部分23a−1よりもy軸方向の負方向側に突出している。
グランド部23b(第3のグランド部)は、線路部18aの表面において線路部20よりもy軸方向の負方向側(すなわち、線路部20に関してグランド部23aの反対側)に設けられており、線路部20に沿ってx軸方向に延在している。また、グランド導体23bは、中間部分23b−1及び端部23b−2,23b−3を有している。端部23b−2は、グランド導体23bのx軸方向の正方向側の端部である。端部23b−3は、グランド導体23bのx軸方向の負方向側の端部である。中間部分23b−1は、グランド導体23bにおける端部23b−2,23b−3以外の部分であり、端部23b−2と端部23b−3とに挟まれた部分である。端部23b−2,23b−3は、中間部分23b−1よりも線路部20に近接している。すなわち、端部23b−2,23b−3は、中間部分23b−1よりもy軸方向の正方向側に突出している。
グランド部23c(第5のグランド部)は、隣り合う線路部20の間に設けられており、z軸方向から平面視したときに、線路部21と重なっている。また、グランド部23cは、x軸方向の両側に位置しているグランド部23a,23bと接続されている。具体的には、グランド部23cは、x軸方向の負方向側に位置しているグランド部23a,23bの端部23a−2,23b−2に接続されていると共に、x軸方向の正方向側に位置しているグランド部23a,23bの端部23a−3,23b−3に接続されている。これにより、グランド部23a〜23cにより囲まれた開口部Op1が形成されている。開口部Op1内にはグランド導体22が設けられていない。ただし、線路部20は、開口部Op1内に設けられている。これにより、線路部20は、グランド導体22とは絶縁された状態で、グランド導体22に囲まれている。以上のような線路部22aは、図2に示すように、はしご型をなしている。
端子部22bは、図2に示すように、接続部18bの表面に設けられ、外部端子16aを囲むコ字型をなしている。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18cの表面に設けられ、外部端子16bを囲むコ字型をなしている。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24(第2のグランド導体)は、図2及び図3に示すように、線路部21が設けられている誘電体シート18の裏面に設けられ、z軸方向(誘電体シート18の裏面の法線方向)から平面視したときに、複数の線路部20と重なっていると共に、複数の線路部21と重なっていない。グランド導体24は、銀や銅やアルミニウム等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。以下に、グランド導体24についてより詳細に説明する。
グランド導体24は、図2に示すように、線路部24a及び端子部24b,24cにより構成されている。線路部24aは、線路部18aの裏面に設けられ、x軸方向に延在している。線路部24aは、図2及び図3に示すように、グランド部25a〜25cを含んでいる。
グランド部25a(第2のグランド部)は、図3に示すように、線路部18aの裏面において線路部21よりもy軸方向の正方向側に設けられており、線路部21に沿ってx軸方向に延在している。また、グランド導体25aは、中間部分25a−1及び端部25a−2,25a−3を有している。端部25a−2は、グランド導体25aのx軸方向の正方向側の端部である。端部25a−3は、グランド導体25aのx軸方向の負方向側の端部である。中間部分25a−1は、グランド導体25aにおける端部25a−2,25a−3以外の部分であり、端部25a−2と端部25a−3とに挟まれた部分である。端部25a−2,25a−3は、中間部分25a−1よりも線路部21に近接している。すなわち、端部25a−2,25a−3は、中間部分25a−1よりもy軸方向の負方向側に突出している。
グランド部25b(第4のグランド部)は、線路部18aの裏面において線路部21よりもy軸方向の負方向側(すなわち、線路部21に関してグランド部25aの反対側)に設けられており、線路部21に沿ってx軸方向に延在している。また、グランド導体25bは、中間部分25b−1及び端部25b−2,25b−3を有している。端部25b−2は、グランド導体25bのx軸方向の正方向側の端部である。端部25b−3は、グランド導体25bのx軸方向の負方向側の端部である。中間部分25b−1は、グランド導体25bにおける端部25b−2,25b−3以外の部分であり、端部25b−2と端部25b−3とに挟まれた部分である。端部25b−2,25b−3は、中間部分25b−1よりも線路部21に近接している。すなわち、端部25b−2,25b−3は、中間部分25b−1よりもy軸方向の正方向側に突出している。
グランド部25c(第6のグランド部)は、隣り合う線路部21の間に設けられており、z軸方向から平面視したときに、線路部20と重なっている。また、グランド部25cは、x軸方向の両側に位置しているグランド部25a,25bと接続されている。具体的には、グランド部25cは、x軸方向の負方向側に位置しているグランド部25a,25bの端部25a−2,25b−2に接続されていると共に、x軸方向の正方向側に位置しているグランド部25a,25bの端部25a−3,25b−3に接続されている。これにより、グランド部25a〜25cにより囲まれた開口部Op2が形成されている。開口部Op2内にはグランド導体24が設けられていない。ただし、線路部21は、開口部Op2内に設けられている。これにより、線路部21は、グランド導体24とは絶縁された状態で、グランド導体24に囲まれている。以上のような線路部24aは、図2に示すように、はしご型をなしている。
端子部24bは、図2に示すように、接続部18bの裏面に設けられ、ベタ状をなしている。端子部24bは、線路部24aのx軸方向の負方向側の端部に接続されている。端子部24cは、接続部18cの裏面に設けられ、ベタ状をなしている。端子部24cは、線路部24aのx軸方向の正方向側の端部に接続されている。
ビアホール導体b3(第2の層間接続部)は、図3に示すように、誘電体シート18の線路部18aをz軸方向に貫通しており、線路部20のx軸方向の正方向側の端部よりもy軸方向の正方向側に設けられている。ビアホール導体b3のz軸方向の正方向側の端部は、グランド部23aの端部23a−2に接続されている。ビアホール導体b3のz軸方向の負方向側の端部は、グランド部25aの端部25a−3に接続されている。これにより、ビアホール導体b3は、端部23a−2と端部25a−2とを接続している。
ビアホール導体b5(第3の層間接続部)は、誘電体シート18の線路部18aをz軸方向に貫通しており、線路部20のx軸方向の正方向側の端部よりもy軸方向の負方向側に設けられている。ビアホール導体b5のz軸方向の正方向側の端部は、グランド部23bの端部23b−2に接続されている。ビアホール導体b5のz軸方向の負方向側の端部は、グランド部25bの25b−3に接続されている。これにより、ビアホール導体b5は、端部23b−2と端部25b−3とを接続している。
ビアホール導体b3,b1,b5は、図2及び図3に示すように、信号線路S1が延在している方向(x軸方向)に対して直交する方向(y軸方向)にこの順に一列に並んでいる。そして、ビアホール導体b3,b1,b5は、z軸方向に平行に延在している。
ビアホール導体b4は、図3に示すように、誘電体シート18の線路部18aをz軸方向に貫通しており、線路部20のx軸方向の負方向側の端部よりもy軸方向の正方向側に設けられている。ビアホール導体b4のz軸方向の正方向側の端部は、グランド部23aの端部23a−3に接続されている。ビアホール導体b4のz軸方向の負方向側の端部は、グランド部25aの端部25a−2に接続されている。これにより、ビアホール導体b4は、端部23a−3と端部25a−2とを接続している。
ビアホール導体b6は、誘電体シート18の線路部18aをz軸方向に貫通しており、線路部20のx軸方向の負方向側の端部よりもy軸方向の負方向側に設けられている。ビアホール導体b6のz軸方向の正方向側の端部は、グランド部23bの端部23b−3に接続されている。ビアホール導体b6のz軸方向の負方向側の端部は、グランド部25bの端部25b−2に接続されている。これにより、ビアホール導体b6は、端部23b−3と端部25b−2とを接続している。
ビアホール導体b4,b2,b6は、図2及び図3に示すように、信号線路S1が延在している方向(x軸方向)に対して直交する方向(y軸方向)にこの順に一列に並んでいる。そして、ビアホール導体b4,b2,b6は、z軸方向に平行に延在している。
ここで、ビアホール導体b1〜b6の配置についてより詳細に説明する。ビアホール導体b1とビアホール導体b3との距離D1は、線路部20とグランド部23aの中間部分23a−1との距離d1よりも小さい。以下では、線路部とグランド部の中間部分との距離とは、線路部の各部分からグランド部の中間部分までの最短距離を意味する。すなわち、線路部20と中間部分23a−1との間の隙間の幅が、距離D1よりも大きい。距離D1は、100μm〜200μmであり、距離d1は、300μm〜600μmである。
更に、ビアホール導体b1とビアホール導体b3との距離D1は、線路部21とグランド部25aの中間部分25a−1との距離d3よりも小さい。すなわち、線路部21と中間部分25a−1との間の隙間の幅が、距離D1よりも大きい。距離d3は、250μm〜600μmである。
ビアホール導体b1とビアホール導体b5との距離D2は、線路部20とグランド部23bの中間部分23b−1との距離d2よりも小さい。すなわち、線路部20と中間部分23b−1との間の隙間の幅が、距離D2よりも大きい。距離D2は、100μm〜200μmであり、距離d2は、300μm〜600μmである。
更に、ビアホール導体b1とビアホール導体b5との距離D2は、線路部21とグランド部25bの中間部分25b−1との距離d4よりも小さい。すなわち、線路部21と中間部分25b−1との間の隙間の幅が、距離D2よりも大きい。距離d4は、250μm〜600μmである。
ビアホール導体b2とビアホール導体b4との距離D3は、線路部20とグランド部23aの中間部分23a−1との距離d1よりも小さい。すなわち、線路部20と中間部分23a−1との間の隙間の幅が、距離D3よりも大きい。距離D3は、100μm〜200μmである。
更に、ビアホール導体b2とビアホール導体b4との距離D3は、線路部21とグランド部25aの中間部分25a−1との距離d3よりも小さい。すなわち、線路部21と中間部分25a−1との間の隙間の幅が、距離D3よりも大きい。距離d3は、200μm〜800μmである。
ビアホール導体b2とビアホール導体b6との距離D4は、線路部20とグランド部23bの中間部分23b−1との距離d2よりも小さい。すなわち、線路部20と中間部分23b−1との間の隙間の幅が、距離D4よりも大きい。距離D4は、100μm〜200μmである。
更に、ビアホール導体b2とビアホール導体b6との距離D4は、線路部21とグランド部25bの中間部分25b−1との距離d4よりも小さい。すなわち、線路部21と中間部分25b−1との間の隙間の幅が、距離D4よりも大きい。
保護層14は、誘電体シート18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18bの表面を覆っている。ただし、接続部14bには、開口Haが設けられている。開口Haは、接続部14bの略中央に設けられている矩形状の開口である。外部端子16a及び端子部22bは、開口Haを介して外部に露出している。端子部22bは、開口Ha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18cの表面を覆っている。ただし、接続部14cには、開口Hbが設けられている。開口Hbは、接続部14cの略中央に設けられている矩形状の開口である。外部端子16b及び端子部22cは、開口Hbを介して外部に露出している。端子部22cは、開口Hb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、信号線路S1及びグランド導体22,24と電気的に接続される。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。図4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。
コネクタ100bは、図1及び図4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z軸方向の負方向側の面において、開口Hb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、信号線路S1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は、外部導体110に電気的に接続されている。
以上のように構成された高周波信号線路10では、線路部20,21の特性インピーダンスZ1とビアホール導体b1,b2の特性インピーダンスZ2とが異なっている。より詳細には、ビアホール導体b3は、端部23a−2と端部25a−3とを接続している。これにより、ビアホール導体b1とビアホール導体b3との距離D1が線路部20と中間部分23a−1との距離d1よりも小さくなる。また、ビアホール導体b1とビアホール導体b3との距離D1が線路部21と中間部分25a−1との距離d3よりも小さくなる。同様に、ビアホール導体b5は、端部23b−2と端部25b−3とを接続している。これにより、ビアホール導体b1とビアホール導体b5との距離D2が線路部20と中間部分23b−1との距離d2よりも小さくなる。また、ビアホール導体b1とビアホール導体b5との距離D2が線路部21と中間部分25b−1との距離d4よりも小さくなる。よって、ビアホール導体b1とビアホール導体b3,b5との間に形成される容量は、線路部20と中間部分23a−1,23b−1との間に形成される容量及び線路部21と中間部分25a−1,25b−1との間に形成される容量よりも大きくなる。その結果、ビアホール導体b1の特性インピーダンスZ2は、線路部20,21の特性インピーダンスZ1よりも小さくなる。また、同様の理由により、ビアホール導体b2の特性インピーダンスZ2は、線路部20,21の特性インピーダンスZ1よりも小さくなる。
特性インピーダンスZ1は、例えば、55Ωであり、特性インピーダンスZ2は、例えば、45Ωである。また、信号線路S1の全体の特性インピーダンスは、例えば、50Ωである。
また、高周波信号線路10では、信号線路S1の両端(すなわち、外部端子16a,16b)の特性インピーダンスZ3は、線路部20,21の特性インピーダンスZ1とビアホール導体b1,b2の特性インピーダンスZ2との間の大きさとなっている。
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5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。
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。
高周波信号線路10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、高周波信号線路10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。
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との間を伝送される例えば0.5GHz〜3.0GHz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、バッテリーパック206のz軸方向の負方向側の主面とレセプタクル204a,204bとの間には段差が存在する。よって、誘電体素体12の線路部12aの両端が湾曲させられることによって、コネクタ100a,100bはそれぞれ、レセプタクル204a,204bに接続されている。
(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、両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。銅箔の厚さは、10μm〜20μmである。
次に、フォトリソグラフィ工程により、図2に示す線路部20及びグランド導体22を誘電体シート18の表面に形成する。具体的には、誘電体シート18の銅箔上に、図2に示す線路部20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、線路部20及びグランド導体22が誘電体シート18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に示す線路部21及びグランド導体24を誘電体シート18の裏面に形成する。なお、ここでのフォトリソグラフィ工程は、線路部20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18のビアホール導体b1〜b6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18に形成した貫通孔に対して、導電性ペーストを充填してビアホール導体b1〜b6を形成する。なお、ビアホール導体b1〜b6は必ずしも貫通孔が導体で完全に埋められている必要はなく、例えば貫通孔の内周面のみに沿って導体を形成することによって形成されてもよい。
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18の表面及び裏面のそれぞれに保護層14,15を形成する。
(効果)
以上のように構成された高周波信号線路10によれば、低い周波数のノイズの発生を抑制できる。より詳細には、特許文献1に記載の信号線路500では、端部540a,540bにおける信号線532の特性インピーダンスが線路部542における信号線532の特性インピーダンスと異なっている。そのため、端部540a,540bにおいて高周波信号の反射が発生する。これにより、端部540a,540b間の距離を1/2波長とする低い周波数の定在波が発生する。その結果、信号線路500から低い周波数のノイズが放射される。
一方、高周波信号線路10では、前記の通り、線路部20,21の特性インピーダンスZ1とビアホール導体b1,b2の特性インピーダンスとは異なっている。具体的には、特性インピーダンスZ1が特性インピーダンスZ2よりも大きくなる。よって、信号線路S1の特性インピーダンスは、特性インピーダンスZ1と特性インピーダンスZ2との間を周期的に変動するようになる。その結果、信号線路S1では、ビアホール導体b1,b2間の距離(すなわち、線路部20,21の長さL1,L2)を1/2波長とする短い波長(すなわち、高い周波数)の定在波が発生するようになる。一方、外部端子16a,16b間の距離を1/2波長とするに長い波長(すなわち、低い周波数)の定在波が発生しにくくなる。以上より、高周波信号線路10では、低い周波数のノイズの発生が抑制される。
なお、高周波信号線路10では、ビアホール導体b1,b2間において発生した定在波により高い周波数のノイズが発生する。そこで、ビアホール導体b1,b2間の距離(すなわち、線路部20,21の長さL1,L2)を十分に短く設計することによって、信号線路S1を伝送される高周波信号の帯域外にノイズの周波数を設定することが可能である。そのためには、信号線路S1を伝送される高周波信号の波長の1/2より、隣り合うビアホール導体b1,b2間の距離(すなわち、線路部20,21の長さL1,L2)を短くすればよい。
また、高周波信号線路10では、信号線路S1の両端の特性インピーダンスZ3は、線路部20,21の特性インピーダンスZ1とビアホール導体b1,b2の特性インピーダンスZ2との間の大きさである。これにより、信号線路S1では、ビアホール導体b1,b2間において短い波長の定在波が発生しやすくなり、信号線路S1の両端間において長い波長の定在波が発生しにくくなる。その結果、高周波信号線路10では、低い周波数のノイズの発生がより効果的に抑制される。
また、高周波信号線路10では、線路部20とグランド導体22との間の隙間の幅を調整することによって、線路部20とグランド導体22との間に形成される容量の大きさを調整することが可能である。具体的には、線路部20とグランド導体22との間の隙間の幅が小さくなれば、線路部20とグランド導体22との間に形成される容量が大きくなる。一方、線路部20とグランド導体22との間の隙間の幅が大きくなれば、線路部20とグランド導体22との間に形成される容量が小さくなる。
また、高周波信号線路10では、線路部20とグランド導体22との間の隙間の幅を小さくすることによって、線路部20から出る電気力線がグランド導体22に吸収されやすくなる。その結果、線路部20からノイズが輻射されることが抑制されるようになる。
また、高周波信号線路10では、以下に説明するように、高周波信号線路10の薄型化を図ることが可能である。より詳細には、グランド導体22には、z軸方向から平面視したときに、開口部Op1が設けられている。そして、線路部20は、開口部Op1内に設けられている。これにより、線路部20は、グランド導体22と対向していない。そのため、線路部20とグランド導体22との間には小さな容量しか形成されていない。したがって、線路部20の特性インピーダンスZ1を所定の特性インピーダンス(例えば、70Ω)に維持した状態で、線路部20とグランド導体22とを近づけることが可能となる。本実施形態では、線路部20とグランド導体22とは同じ誘電体シート18に設けられている。その結果、高周波信号線路10の薄型化が図られる。高周波信号線路10の薄型化が図られると、高周波信号線路10を容易に曲げることが可能となる。
同様に、グランド導体24には、z軸方向から平面視したときに、開口部Op2が設けられている。そして、線路部21は、開口部Op2内に設けられている。これにより、線路部21は、グランド導体24と対向していない。そのため、線路部21とグランド導体24との間には小さな容量しか形成されていない。したがって、線路部21の特性インピーダンスZ1を所定の特性インピーダンス(例えば、70Ω)に維持した状態で、線路部21とグランド導体24とを近づけることが可能となる。本実施形態では、線路部21とグランド導体24とは同じ誘電体シート18に設けられている。その結果、高周波信号線路10の薄型化が図られる。高周波信号線路10の薄型化が図られると、高周波信号線路10を容易に曲げることが可能となる。
また、高周波信号線路10によれば、高周波信号線路10から磁束が漏れることが抑制される。より詳細には、線路部20に電流i1(図3参照)が流れると、線路部20を中心軸として、線路部20を周回する磁束が発生する。このような磁束が高周波信号線路10外に漏れると、他の回路の信号線と線路部20とが磁界結合するおそれがある。その結果、高周波信号線路10において、所望の特性を得ることが困難となる。
そこで、高周波信号線路10では、線路部20がグランド導体22の開口部Op1内に設けられている。これにより、線路部20とグランド導体22とが近接するようになる。線路部20に電流i1が流れると、グランド導体22には該電流i1と逆向きの帰還電流i2が流れる。よって、線路部20の周囲の磁束の周回方向とグランド導体22の周囲の磁束の周回方向とが逆向きになる。この場合、線路部20とグランド導体22との間の隙間では磁束が強めあうのに対して、グランド導体22よりもy軸方向の正方向側及び負方向側の領域(すなわち、高周波信号線路10外の領域)では磁束が打ち消し合う。その結果、高周波信号線路10外に磁束が漏れることが抑制される。なお、線路部20とグランド導体24との間においても、同様の現象が生じている。
(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10aについて図面を参照しながら説明する。図6は、第1の変形例に係る高周波信号線路10aの信号線路S1及びグランド導体22,24を平面視した図である。
高周波信号線路10aは、ビアホール導体b1〜b6がそれぞれ複数(3つ)ずつx軸方向に並ぶように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。これにより、ビアホール導体b1とビアホール導体b3,b5との間に形成される容量及びビアホール導体b2とビアホール導体b4,b6との間に形成される容量が大きくなる。これにより、ビアホール導体b1,b2の特性インピーダンスZ2をより小さくできる。
また、ビアホール導体b1,b2における抵抗値が低減されるので、信号線路S1の抵抗値が低減され、信号線路S1の高周波特性が向上する。
(第2の変形例及び第3の変形例)
以下に、第2の変形例に係る高周波信号線路10bについて図面を参照しながら説明する。図7は、第2の変形例に係る高周波信号線路10bの信号線路S1及びグランド導体22,24を平面視した図である。図8は、第3の変形例に係る高周波信号線路10cの信号線路S1及びグランド導体22,24を平面視した図である。
高周波信号線路10bは、図7に示すように、グランド部23c,25cが設けられていない点において高周波信号線路10と相違する。これにより、線路部20とグランド導体22とがコプレナー構造をなし、線路部21とグランド導体24とがコプレナー構造をなし、ビアホール導体b1,b3,b5がコプレナー構造をなし、ビアホール導体b2,b4,b6がコプレナー構造をなすようになる。
以上のような高周波信号線路10bによれば、高周波信号線路10bを曲げて用いることが容易となる。
また、図8に示す高周波信号線路10cのように、グランド部23cが設けられておらず、グランド部25cが設けられていてもよい。また、グランド部23cが設けられ、グランド部25cが設けられていなくてもよい。
(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10dについて図面を参照しながら説明する。図9は、第4の変形例に係る高周波信号線路10dの信号線路S1及びグランド導体22,24を平面視した図である。
高周波信号線路10dは、端部23a−2,23a−3,23b−2,23b−3が線路部20のx軸方向の両端に近づくにしたがって線路部20に近づくように線路部20に対して傾斜している点において、高周波信号線路10bと相違する。また、同様に、端部25a−2,25a−3,25b−2,25b−3は、線路部21のx軸方向の両端に近づくにしたがって線路部21に近づくように線路部21に対して傾斜している。
高周波信号線路10dによれば、線路部20とグランド導体22との間に形成される容量は、線路部20の両端に近づくにしたがって徐々に大きくなる。そのため、線路部20の特性インピーダンスZ1は、線路部20の両端に近づくにしたがって徐々に小さくなる。その結果、線路部20の特性インピーダンスZ1が急激に変動することが抑制され、線路部20において高周波信号の反射が発生することが抑制される。同様の理由により、線路部21において高周波信号の反射が発生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〜10d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、高周波信号線路10,10a〜10dの構成を組み合わせてもよい。
また、高周波信号線路10,10a〜10dと回路基板等との接続に、コネクタ100a,100b以外の構成が用いられてもよい。コネクタ100a,100b以外の構成とは、例えば、フラットケーブル用のコネクタや異方性導電性接着剤等が挙げられる。
本発明は、高周波信号線路に有用であり、特に、低い周波数のノイズの発生を抑制できる点において優れている。
Op1,Op2 開口部
S1 信号線路
b1〜b6 ビアホール導体
10,10a〜10d 高周波信号線路
12 誘電体素体
18 誘電体シート
20,21 線路部
22,24 グランド導体
23a〜23c,25a〜25c グランド部
23a−2,23a−3,23b−2,23b−3,25a−2,25a−3,25b−2,25b−3 端部
23a−1,23b−1,25a−1,25b−1 中間部分

Claims (7)

  1. 第1の層及び第2の層を有する本体と、
    前記第1の層に設けられている第1の線路部と、前記第2の層に設けられている第2の線路部と、該第1の線路部と該第2の線路部とを接続する第1の層間接続部とを含んでいる信号線路と、
    前記第1の層において前記第1の線路部に沿って延在している第1のグランド部であって、両端が該両端以外の中間部分よりも該第1の線路部に近接している第1のグランド部を含んでいる第1のグランド導体と、
    前記第2の層において前記第2の線路部に沿って延在している第2のグランド部であって、両端が該両端以外の中間部分よりも該第2の線路部に近接している第2のグランド部を含んでいる第2のグランド導体と、
    前記第1のグランド部の端部と前記第2のグランド部の端部とを接続する第2の層間接続部と、
    を備えており、
    前記第1の層間接続部と前記第2の層間接続部との距離は、前記第1の線路部と前記第1のグランド部の中間部分との距離よりも小さく、かつ、前記第2の線路部と前記第2のグランド部の中間部分との距離よりも小さいこと、
    を特徴とする高周波信号線路。
  2. 前記第1のグランド導体は、前記第1の層において、前記第1の線路部に関して前記第1のグランド部の反対側に設けられ、かつ、該第1の線路部に沿って延在している第3のグランド部であって、両端が該両端以外の中間部分よりも該第1の線路部に近接している第3のグランド部を更に含んでおり、
    前記第2のグランド導体は、前記第2の層において、前記第2の線路部に関して前記第2のグランド部の反対側に設けられ、かつ、該第2の線路部に沿って延在している第4のグランド部であって、両端が該両端以外の中間部分よりも該第2の線路部に近接している第4のグランド部を更に含んでおり、
    前記高周波信号線路は、
    前記第3のグランド部の端部と前記第4のグランド部の端部とを接続する第3の層間接続部を、
    更に備えており、
    前記第1の層間接続部と前記第3の層間接続部との距離は、前記第1の線路部と前記第3のグランド部の中間部分との距離よりも小さく、かつ、前記第2の線路部と前記第4のグランド部の中間部分との距離よりも小さいこと、
    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の層間接続部ないし第3の層間接続部は、前記信号線路が延在している方向に対して直交する方向に並んでいること、
    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のグランド導体は、前記第1の層の法線方向から平面視したときに、前記第2の線路部と重なっている第5のグランド部を更に含んでおり、
    前記第2のグランド導体は、前記第2の層の法線方向から平面視したときに、前記第1の線路部と重なっている第6のグランド部を更に含んでいること、
    を特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の高周波信号線路。
  5. 前記本体は、1枚のシート部材を含んでおり、
    前記第1の層は、前記シート部材の表面であり、
    前記第2の層は、前記シート部材の裏面であること、
    を特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の高周波信号線路。
  6. 隣り合う前記第1の層間接続部間の距離は、前記信号線路を伝送する高周波信号の波長の1/2より短いこと、
    を特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の高周波信号線路。
  7. 複数の前記第1の線路部と複数の前記第2の線路部とは、交互に並んでいること、
    を特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の高周波信号線路。
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