JP6916203B2 - 伝送路 - Google Patents

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Description

本発明は、伝送路に関するものである。
近年、通信の高速化および大容量化が進み、半導体素子等が実装される配線基板に関する技術が注目されている。配線基板の伝送路には銅が通常用いられ、銅の表面にニッケル−リン層が被着され、さらにその表面に金層が被着される場合がある。
また、近年、ミリ波やマイクロ波を扱うアンテナ装置では、集積回路技術またはプリント配線技術を用いて、基板上に平面的に形成できることから、量産性、経済性に優れたマイクロストリップアンテナが多用されている。
マイクロストリップアンテナの放射素子と地導体板には通常、銅が用いられる。その銅にはニッケル−リン層と金層が順次被着された構成が用いられることがある。マイクロストリップアンテナは、このような放射素子によって、ミリ波やマイクロ波帯の高周波信号を送受信する。
特許文献１には、ニッケル−リン層のリンの濃度を８〜１５％にすることで、ニッケルが非磁性化し、高周波信号の損失を少なくする技術が開示されている。このような技術を使用することで、伝送路やアンテナ装置についても、伝送特性や送受信時の利得を向上させることができる。
特開２００１−１４４３９２号公報
ところで、特許文献１に開示された技術では、信号の周波数が８ＧＨｚを超えると、損失が増加することが、本発明者の実測により明らかになった。
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、８ＧＨｚを超える周波数の信号を使用する場合でも損失が少ない伝送路を提供することを目的としている。
上記課題を解決するために、本発明は、８ＧＨｚを超える周波数成分を含む高周波信号を伝送する伝送路において、前記伝送路はニッケルおよびリンを含むニッケル−リン層を有し、前記ニッケル−リン層は、前記リンの濃度が０質量％を超え、８質量％未満であることを特徴とする。
このような構成によれば、８ＧＨｚを超える周波数の信号を伝送させる場合でも損失が少ない伝送路を提供することができる。
また、本発明は、前記ニッケル−リン層は、前記リンの濃度が６質量％以下であることを特徴とする。
このような構成によれば、８ＧＨｚを超える周波数の信号を伝送させる場合の損失を低減することができる。
また、本発明は、前記ニッケル−リン層は、前記リンの濃度が４質量％以下であることを特徴とする。
このような構成によれば、８ＧＨｚを超える周波数の信号を伝送させる場合の損失を確実に低減することができる。
また、本発明は、前記ニッケル−リン層は、前記リンの濃度が３質量％以下であることを特徴とする。
このような構成によれば、８ＧＨｚを超える周波数の信号を伝送させる場合の損失を一層確実に低減することができる。
また、本発明は、前記ニッケル−リン層は、前記リンの濃度が０．５質量％以上であることを特徴とする。
このような構成によれば、８ＧＨｚを超える周波数の信号を伝送させる場合の損失を一層確実に低減することができる。
また、本発明は、前記ニッケル−リン層は、前記リンの濃度が１．０質量％以上であることを特徴とする。
このような構成によれば、８ＧＨｚを超える周波数の信号を伝送させる場合の損失を一層確実に低減することができる。
また、本発明は、前記伝送路は導体層を有し、前記ニッケル−リン層は前記導体層の表面に形成されることを特徴とする。
このような構成によれば、配線基板に形成される伝送路を伝送される８ＧＨｚを超える周波数の信号の損失を低減できる。
また、本発明は、前記ニッケル−リン層は誘電体基板の表面に形成されていることを特徴とする。
このような構成によれば、配線基板に形成される伝送路を伝送される８ＧＨｚを超える周波数の信号の損失を低減できる。
また、前記導体層は銅によって構成されていることを特徴とする。
このような構成によれば、導電率が高く、かつ、値段が安価な銅を導体層として用いることでコストを低減しつつ、損失を低減することができる。
また、本発明は、前記ニッケル−リン層の表面に形成される金層を有することを特徴とする。
このような構成によれば、伝送路が酸化によって伝送損失が増加することの防止や、半導体素子等の実装にも好適である。
また、本発明は、前記伝送路には１６Ｇｂａｕｄを超える伝送速度を有するデジタル信号が伝送されることを特徴とする。
このような構成によれば、デジタル信号の劣化を防止できる。
また、本発明は、前記ニッケル−リン層が導波管の内側表面に形成されていることを特徴とする。
このような構成によれば、８ＧＨｚを超える電磁波の損失を低減することができる。
また、本発明は、前記ニッケル−リン層は無電解めっきによって形成されることを特徴とする。
このような構成によれば、ニッケル−リン層を均一に形成することができる。
また、本発明は、前記高周波信号を送受信する放射素子と、前記放射素子に隣接して配置される地導体板と、前記放射素子に電力を給電または前記放射素子から電力を受電する給電部と、を有するアンテナ装置の少なくとも前記放射素子を構成することを特徴とする。
このような構成によれば、アンテナ装置の損失を低減することができる。
本発明によれば、８ＧＨｚを超える周波数の信号を伝送させる場合でも損失が少ない伝送路を提供することができる。
本発明の第１実施形態に係る構成例を示す図である。 図１に示す伝送路の構成例を示す断面図である。 リン含有濃度および周波数と、損失との関係を示す図である。 リン含有濃度と、４０ＧＨｚの損失との関係を示す図である。 リン含有濃度および伝送速度とアイ開口高さの関係を示す図である。 アイ開口高さについて説明するための図である。 本発明の第２実施形態に係る構成例を示す図である。 本発明の変形実施形態に係る構成例を示す図である。 本発明の第３実施形態に係るアンテナ装置の構成例を示す図である。 伝送損失を実測する際に用いた試験サンプルの構成を示す断面図である。 図９に示すアンテナ装置の利得特性を示す図である。 図９に示すアンテナ装置の全方向の利得特性を示す図である。 本発明の第４実施形態に係るアンテナ装置の構成例を示す図である。 図１３に示すアンテナ装置の配置例を示す図である。 本発明の第５実施形態に係るアンテナ装置の構成例を示す図である。 リン濃度を２．１２質量％まで減少させた場合の伝送損失を示す図である。 リン濃度を２．１２質量％まで減少させた場合のリン含有濃度および周波数と、損失との関係を示す図である。 リン濃度を２．１２質量％まで減少させた場合のリン含有濃度および伝送速度とアイ開口高さの関係を示す図である。 リン濃度を２．１２質量％まで減少させた場合の図９に示すアンテナ装置の利得特性を示す図である。 メッキ処理の工程を示す図である。
次に、本発明の実施形態について説明する。
（Ａ）本発明の第１実施形態の説明
図１は、本発明の第１実施形態の構成例を示す図である。図１に示す第１実施形態は、例えば、データセンター等で使用されるサーバの一部の構成を示している。図１に示す第１実施形態は、バックプレーン基板１０およびユニット基板２０，３０を有している。ここで、バックプレーン基板１０は、誘電体基板１１、伝送路１２、ビア１３，１４、および、コネクタ１５，１７を有している。
ここで、誘電体基板１１は、誘電体の板状部材によって構成される。伝送路１２は、コネクタ１５，１７の間でデジタル信号を伝送する。伝送路１２の両端部には誘電体基板１１を貫通するビア１３，１４が形成されている。誘電体基板１１の上部（図１の上方）にはユニット基板２０，３０が接続されるコネクタ１５，１７が備えられている。コネクタ１５，１７の内部にはユニット基板２０，３０の内部に設けられた伝送路２２，３２とバックプレーン基板１０の内部に設けられた伝送路１２を接続するための伝送路１６，１８がそれぞれ設けられている。
ユニット基板２０は、誘電体基板２１を有し、伝送路２２が設けられ、伝送路２２の両端部には誘電体基板２１を貫通するビア２３，２４が形成されている。また、誘電体基板２１上にはＩＣ（Integrated Circuit）チップ２５が載置され、ＩＣチップ２５の図示しない接続端子はビア２３を介して伝送路２２に接続されている。また、伝送路２２は、ビア２４を介してコネクタ１５の内部の伝送路１６に接続されている。
ユニット基板３０は、誘電体基板３１を有し、伝送路３２が設けられ、伝送路３２の両端部には誘電体基板３１を貫通するビア３３，３４が形成されている。また、誘電体基板３１上にはＩＣチップ３５およびコンデンサ等の回路素子３６が載置されている。ＩＣチップ３５の図示しない接続端子は、ビア３３を介して伝送路３２に接続されている。また、伝送路３２は、ビア３４を介してコネクタ１７の内部の伝送路１８に接続されている。
図１に示す構成では、ユニット基板２０が送信側として動作し、ユニット基板３０が受信側として動作し、ユニット基板２０からユニット基板３０に対して、伝送路１６，１２，１８を介してデジタル信号が伝送される。もちろん、この逆の動作をしてもよい。
第１実施形態では、バックプレーン基板１０およびユニット基板２０，３０に設けられた伝送路２２，３２に本発明が適用されている。すなわち、伝送路２２，３２は、誘電体基板２１，３１に対して複数の導体層が被着されて構成されている。より詳細には、銅層、ニッケル−リン層、および、金層が積層された状態で被着されている。そして、ニッケル−リン層が含むリンの含有率が６質量％（なお、以下では適宜「質量」を省略して単に「％」と記載する）以上８質量％未満に設定されており、これにより、８ＧＨｚを超える周波数に対して伝送損失を低減できる。
図２は、本発明の伝送路の損失を実測する際に使用した試験サンプルの構成例を示す図である。図２に示す試験サンプルは、図１の伝送路２２，３２と同様の構成を有している。図２の例では、試験サンプルは、厚さが約０．１３ｍｍのＰＴＦＥ（Poly Tetra Fluoro Ethylene）系の誘電体基板１１に、厚さが約１８μｍの銅箔を両面に貼り合わせて、エッチング加工とスルーホールめっき処理により、導体層としての銅層１２１，１９１を形成する。つぎに、銅層１２１，１９１の表面に無電解めっきによってニッケル−リンめっきを施し、厚さが約５μｍのニッケル−リン層１２２，１９２を形成する。このとき、ニッケル−リン層１２２，１９２のリンの濃度が６質量％以上８質量％未満になるようにめっき液の濃度が設定される。そして、ニッケル−リン層１２２，１９２の表面に金めっきにより厚さが約５０ｎｍの金層１２３，１９３を形成する。なお、図２では、誘電体基板１１の上側面に形成されているのが伝送路２２，３２とされ、下側面に形成されているのがグランド層１９とされる。
図３は、図２に示す試験サンプルにおいて、ニッケル−リン層１２２，１９２のリン含有濃度を変化させた場合のそれぞれの周波数における伝送損失を実測した結果を示している。より詳細には、図３は、試験サンプルの伝送路の１０ｃｍあたりの損失を、リン含有濃度と周波数とを変化させて実測した結果である。
リンの濃度は、ニッケル−リン層を硝酸溶液中で溶解し、誘導結合プラズマ原子発光分析装置（島津製作所（株）製、ＩＣＰＳ−７５００等）を用いて質量分析する、もしくは層断面のＥＤＳ（Energy dispersive X-ray spectrometry）分析による質量分析で測定し、ニッケル−リン層の厚さは蛍光Ｘ線膜厚計（セイコー電子工業（株）製、ＳＦＴ３２００等）を用いて測定した。また、電気特性の測定は、後述するように、ネットワークアナライザを用い、伝送損失を計測してサンプルの特性を判断した。
ここで、伝送損失とは、試験片に高周波信号を通し、サンプルの伝送路において、損失、反射、放射を生じることなく、信号が伝送できる割合を示すものである。伝送損失は値が小さい方が、特性が良いと判断される。後述するグラフ・表はマイナスの値で示されており、この場合は値が大きい方が、特性が良いと判断される。
図３に示すように、実測の結果、リンの濃度が６．１，６．６，７．９質量％の場合、８ＧＨｚより高い周波数で、他の濃度に比較して損失が小さくなることが明らかになった。すなわち、周波数が２ＧＨｚの場合、リンの濃度が６〜８％である場合よりも、９．１，１０．９，１２．０％の場合の方が、損失が少なくなっている（−１．０ｄＢ〜−０．９ｄＢが−０．７ｄＢになっている）。しかしながら、周波数が高くなると、８ＧＨｚでは、リンの濃度が変化しても損失は変化しない状態となり（リン濃度によらず損失は−２．３ｄＢで一定となり）、２０ＧＨｚ以上ではリン含有濃度が９．１，１０．９，１２．０％の場合に比較して、６〜８％の方が、損失が小さくなることが明らかになった。図４に４０ＧＨｚの伝送損失とリンの濃度の関係を示すように、８％を下回ると急激に伝送損失が小さくなっていることが分かる。
そこで、図１に示す伝送路２２，３２に対して、図２と同様の構成を有する伝送路を用いるとともに、ニッケル−リン層のリン濃度を６〜８％とすることで、高周波信号の損失を少なくすることができる。
図５は、図２と同様の構成を有する長さ３００ｍｍの伝送線路に、１Ｖｐｐで１６〜４０Ｇｂａｕｄの信号を入力した場合におけるアイ開口高さのシミュレーション結果を示している。なお、アイ開口高さは、図６に示すように、ＩＥＥＥ８０２．３の規格に則して算出された１レベルの平均値、０レベルの平均値、３σ１（３×１レベルにおける標準偏差雑音）、および、３σ０（３×０レベルにおける標準偏差雑音）から、以下の式によって求めることができる。
アイ開口高さ＝（１レベルの平均値−３σ１）−（０レベルの平均値−３σ０） ・・・（１）
図５に示すように、リンの濃度が６〜８％のときに１６Ｇｂａｕｄ（周波数が８ＧＨｚに対応する伝送速度）より速い伝送速度でアイの開口高さが改善する結果が得られ、本発明の効果が確認できた。より詳細には、１６Ｇｂａｕｄでは、アイ開口高さはリン含有濃度が６〜８％と１２％のそれぞれにおいて０．６で同じである。しかし、伝送速度が速くになるにつれて、例えば、２８Ｇｂａｕｄでは、アイ開口高さはリン含有濃度が６〜８％の場合が０．５に対して１２％の場合が０．４である。また、３２Ｇｂａｕｄでは、アイ開口高さはリン含有濃度が６〜８％の場合が０．４〜０．５に対して１２％の場合が０．３である。さらに、４０Ｇｂａｕｄでは、アイ開口高さはリン含有濃度が６〜８％の場合が０．３に対して１２％の場合が０．２である。
以上に説明したように、本発明の第１実施形態では、デジタル信号を伝送する伝送路２２，３２に、図２に示す積層構造を有する伝送路を用いるとともに、ニッケル−リン層のリンの含有濃度を６〜８質量％に設定することで、損失を低減し、アイ開口高さを高くすることができる。この結果、伝送エラーの発生を低減することができる。
（Ｂ）本発明の第２実施形態の説明
図７は、本発明の第２実施形態の構成例を示す図である。図７に示す第２実施形態は、光通信等において使用される光／電気変換装置に本発明を適用した例である。図７に示す光／電気変換装置５０は、誘電体基板５１、コネクタ５２、伝送路５３、光／電気変換部５４、光ファイバ５５、および、電子部品５６〜５８を有している。
ここで、誘電体基板５１は、例えば、ＰＴＦＥ等の絶縁体によって構成される。１６個のコネクタ５２は、半円状に形成された誘電体基板５１の端部に配置され、図示しない同軸ケーブルがそれぞれ接続される。伝送路５３は、図２と同様の構成とされ、コネクタ５２と光／電気変換部５４とを接続する。光／電気変換部５４は、伝送路５３から入力される信号を多重化した後、光信号に変換して光ファイバ５５に送信するとともに、光ファイバ５５から入力される光信号を電気信号に変換した後、多重分離して伝送路５３を介してコネクタ５２にそれぞれ供給する。
図７に示す第２実施形態では、伝送路５３のそれぞれは、図２と同様の構成とされ、また、ニッケル−リン層のリン濃度は６〜８質量％に設定されている。また、伝送路５３のそれぞれには８ＧＨｚ（１６Ｇｂａｕｄ）を超える信号が伝送される。このため、図３に示すように、伝送路５３を伝送される信号は損失が少なく、また、図５に示すようにアイ開口高さが高い状態に保たれる。このため、図７に示す第２実施形態では、コネクタ５２と光／電気変換部５４の間における伝送エラーの発生を低減することができる。
（Ｃ）本発明の第３実施形態の説明
図９は、本発明の第３実施形態に係るアンテナ装置の構成例を示す図である。図９に示す第３実施形態では、アンテナ装置８０は、誘電体基板８１、放射素子８２、給電線路８３、および、地導体板８４を有している。
ここで、誘電体基板８１は、誘電体の板状部材によって構成され、放射素子８２および給電線路８３と、地導体板８４とを電気的に絶縁する。
放射素子８２は、図１０を参照して後述するように、複数の導体が積層されて構成され、給電線路８３から供給される高周波信号を電波として放射するパッチアンテナである。
給電線路８３は、放射素子８２に対して、ミリ波やマイクロ波等の高周波信号を供給する。
第３実施形態では、放射素子８２、給電線路８３、および、地導体板８４に本発明が適用されている。すなわち、放射素子８２、給電線路８３、および、地導体板８４は、誘電体基板８１に対して複数の導体層が被着されて構成されている。より詳細には、銅層、ニッケル−リン層、および、金層が積層された状態で被着されている。そして、ニッケル−リン層が含むリンの含有率は６質量％以上８質量％未満に設定されており、これにより、８ＧＨｚを超える周波数に対して利得を向上できる。
図１０は、本発明のアンテナ装置８０に用いる放射素子８２に、高周波信号を伝送した場合の損失を実測する際に使用した試験サンプルの構成例を示す図である。図１０に示す試験サンプルは、図９の放射素子８２および地導体板８４と同様の構成を有している。図１０の例では、試験サンプルは、厚さが約０．１３ｍｍのＰＴＦＥ（Poly Tetra Fluoro Ethylene）系の誘電体基板８１に、厚さが約１８μｍの銅箔を両面に貼り合わせて、エッチング加工とスルーホールめっき処理により、導体層としての銅層８２１，８４１を形成する。つぎに、銅層８２１，８４１の表面に無電解めっきによってニッケル−リンめっきを施し、厚さが約５μｍのニッケル−リン層８２２，８４２を形成する。このとき、ニッケル−リン層８２２，８４２のリンの濃度が６質量％以上８質量％未満になるようにめっき液の濃度が設定される。そして、ニッケル−リン層８２２，８４２の表面に金めっきにより厚さが約５０ｎｍの金層８２３，８４３を形成する。
図１０に示すサンプルにおいて、ニッケル−リン層８２２，８４２のリン含有濃度を変化させた場合のそれぞれの周波数における伝送損失を実測した結果を図３に示す。より詳細には、図３は、図１０に示す試験サンプルの伝送路の１０ｃｍあたりの損失を、リン含有濃度と周波数を変化させて実測した結果である。
リンの濃度は、ニッケル−リン層を硝酸溶液中で溶解し、誘導結合プラズマ原子発光分析装置（島津製作所（株）製、ＩＣＰＳ−７５００等）を用いて質量分析する、もしくは層断面のＥＤＳ（Energy Dispersive X-ray Spectrometry）分析による質量分析で測定し、ニッケル−リン層の厚さは蛍光Ｘ線膜厚計（セイコー電子工業（株）製、ＳＦＴ３２００等）を用いて測定した。また、電気特性の測定は、後述するように、ネットワークアナライザを用い、伝送損失を計測してサンプルの特性を判断した。
ここで、伝送損失とは、試験片に高周波信号を通し、サンプルの伝送路において、損失、反射、放射を生じることなく、高周波信号が伝送できる割合を示すものである。伝送損失は値が小さい方が、特性が良いと判断される。後述するグラフ・表はマイナスの値で示されており、この場合は値が大きい方が、特性が良いと判断される。
図３に示すように、実測の結果、リンの濃度が６．１，６．６，７．９質量％の場合、８ＧＨｚより高い周波数で、他の濃度に比較して損失が小さくなることが明らかになった。すなわち、周波数が２ＧＨｚの場合、リンの濃度が６〜８％である場合よりも、９．１，１０．９，１２．０％の場合の方が、損失が少なくなっている（−１．０ｄＢ〜−０．９ｄＢが−０．７ｄＢになっている）。しかしながら、周波数が高くなると、８ＧＨｚでは、リンの濃度が変化しても損失は変化しない状態となり（リン濃度によらず損失は−２．３ｄＢで一定となり）、２０ＧＨｚ以上ではリン含有濃度が９．１，１０．９，１２．０％の場合に比較して、６〜８％の方が、損失が小さくなることが明らかになった。図４に４０ＧＨｚの伝送損失とリンの濃度の関係を示すように、８％を下回ると急激に伝送損失が小さくなっていることが分かる。
そこで、図９に示す放射素子８２、給電線路８３、および、地導体板８４に対して、図１０と同様の構成を適用するとともに、ニッケル−リン層のリン濃度を６〜８％とすることで、放射素子８２から電磁波を放射するアンテナ装置の利得を向上することができる。
図１１は、図１０と同様の構成を有するアンテナ装置８０のリン含有濃度を変更した場合の４８ＧＨｚにおけるアンテナ利得を示している。なお、アンテナ利得とは、放射が最大となる放射角におけるエネルギーの強さを示す指標値であり、値が大きいほど効率が高いことを示す。図１１に示すように、リン含有濃度が６〜８質量％の場合は、１２質量％の場合に比較して、利得が０．５ｄＢｉ向上している。
図１２は、リン含有濃度を変更した場合のアンテナ装置８０の全方向へのアンテナ利得特性を示している。なお、図１２において、実線はリン含有濃度が６〜８質量％の場合の特性を示し、一点鎖線はリン含有濃度が１２質量％の場合の特性を示している。図１２に示すように、リン含有濃度が６〜８質量％の場合は、１２質量％の場合に比較して、全方向において利得が向上している。
以上に説明したように、本発明の第３実施形態では、アンテナ装置８０の放射素子８２および地導体板８４として、図１０に示す積層構造を用いるとともに、ニッケル−リン層のリンの含有濃度を６〜８質量％に設定することで、アンテナ利得を０．５ｄＢｉ程度向上させることができる。この結果、送信アンテナおよび受信アンテナの双方に使用することで、１ｄＢｉ程度の向上させることができる。
（Ｄ）本発明の第４実施形態の説明
図１３は、本発明の第４実施形態に係るアンテナ装置の構成例を示す図である。図１３に示す第４実施形態は、板状逆Ｆ型アンテナ装置２２０として構成される。板状逆Ｆ型アンテナ装置２２０は、放射素子２２１、短絡部２２２、および、給電部２２３を有している。
ここで、板状逆Ｆ型アンテナ装置２２０は、図１０に示す積層構造を有する導電体の端部を折り曲げることで構成される。すなわち、図１０に示す、銅層８２１、ニッケル−リン層８２２、および、金層８２３を有する板状部材の端部を略直角に折り曲げることで、放射素子２２１および短絡部２２２を形成することができる。また、放射素子２２１の一部に柱状の導体を接続することで給電部２２３を構成することができる。
図１４は、図１３に示す板状逆Ｆ型アンテナ装置２２０の地導体板２１１への配置例を示している。この例では、板状逆Ｆ型アンテナ装置２２０−１〜２２０−４の４つが、設置位置Ａ〜Ｃの４箇所に配置されている。地導体板２１１は、図１０に示すように、銅層、ニッケル−リン層、および、金層が積層されて構成されている。
なお、板状逆Ｆ型アンテナ装置２２０は、線状逆Ｆ型アンテナ装置を地板に平行な部分を板状にしたものである。ここで、線状逆Ｆ型アンテナ装置とは、アンテナの基本でもあるモノポールアンテナを途中で直角に折り曲げ、給電線付近に短絡線を付加してインピーダンス特性を改善したアンテナであり、Ｆ字形状をしていることからこの名がある。このような線状逆Ｆ型アンテナ装置を改良した、板状逆Ｆ型アンテナ装置２２０は、前述のように、線状逆Ｆアンテナの地導体板に平行な部分を板状にしたものであり、板状にしたことによって給電線を様々な位置に置くことができるとともに、放射素子にスロット（切り込み）を入れることができるなど、様々な変形が可能となり、アンテナの自由度が増している。なお、板状逆Ｆ型アンテナ装置２２０は、短絡部２２２にチップ抵抗素子を付加することによってアンテナ長をλ／８にするとともに、アンテナ高を０．０１λまで小型化し、帯域幅を基本的な形の板状逆Ｆ型アンテナ装置の１０倍以上にすることができる。
図１３および図１４に示す板状逆Ｆ型アンテナ装置２２０によれば、放射素子２２１、短絡部２２２、給電部２２３、および、地導体板２１１の少なくとも１つに対して、図１０に示す積層構造を用いるとともに、ニッケル−リン層のリンの含有濃度を６〜８質量％に設定することで、アンテナ利得を第１実施形態と同様に向上させることができる。なお、送信アンテナと受信アンテナの双方に本発明を適用することで、さらなる利得の向上を図ることができる。
（Ｅ）本発明の第５実施形態の説明
図１５は、本発明の第５実施形態に係るアンテナ装置の構成例を示す図である。図１５に示す第５実施形態は、逆Ｆ型アンテナ装置３２０として構成される。逆Ｆ型アンテナ装置３２０は、誘電体基板３２１上に、図１０と同様の積層構造を有する積層導体層３２２が形成され、その上にＩＣ（Integrated Circuit）３２７が載置されている。
ここで、積層導体層３２２は、矩形形状を有する放射素子３２３、放射素子３２３にＩＣ３２７からの高周波電力を供給する給電部３２４、放射素子３２３をグランド導体３２６に短絡する短絡部３２５、および、グランド電位に保たれているグランド導体３２６を有している。
ＩＣ３２７は、グランド導体３２６上に載置され、給電部３２４を介して放射素子３２３に高周波電力を給電する。
なお、図１５に示す構成例では、放射素子３２３、給電部３２４、短絡部３２５、および、グランド導体３２６の全てを図１０に示す積層構造としたが、これらの少なくとも１つを図１０に示す積層構造としてもよい。
図１５に示すＦ型アンテナ装置３２０によれば、放射素子３２３、給電部３２４、短絡部３２５、および、グランド導体３２６の少なくとも１つに対して、図１０に示す積層構造を用いるとともに、ニッケル−リン層のリンの含有濃度を６〜８質量％に設定することで、アンテナ利得を第１実施形態と同様に向上させることができる。なお、図１５に示す逆Ｆ型アンテナ装置３２０を送信アンテナと受信アンテナの双方に本発明を適用することで、さらなる利得の向上を図ることができる。
（Ｆ）変形実施形態の説明
以上の各実施形態は一例であって、本発明が上述したような場合のみに限定されるものでないことはいうまでもない。以上の各実施形態では、ニッケル−リン層のリンの含有濃度を６〜８質量％の範囲に設定したが、これ以下に設定するようにしてもよい。
図１６は、４０ＧＨｚにおける伝送路の１０ｃｍあたりの伝送損失（ｄＢ）を、ニッケル−リン層のリンの含有濃度を変化させて測定した結果を示している。図１６に黒丸で示すように、リン濃度が１０．３６％から２．１２％に減少すると伝送損失も減少する。より詳細には、図１６の例では、破線で示すように、リン濃度が１０．３６％から約８％まで減少しても、伝送損失は大きくは変化しない。しかしながら、８％未満になると伝送損失の減少が顕著となり、２．１２％では最小となっている。一方、リン濃度が０％となると、図１６の左端のハッチングを施した丸で示すように、伝送損失が１６ｄＢ以上となる。
図１７は、図３と同様の方法により、リン濃度を０％まで測定した結果である。図１７に示すように、実測によると、リンの濃度が２．１２，４．０４，６．７９質量％の場合、８ＧＨｚより高い周波数で、１０．３６質量％に比較して損失が小さくなることが明らかになった。すなわち、周波数が２ＧＨｚの場合、リンの濃度が２．１２〜６．７９％である場合よりも、１０．３６％の場合の方が、損失が少なくなっている。しかしながら、周波数が高くなると、８ＧＨｚでは、リン濃度が０．０質量％を除くとリンの濃度が変化しても損失は一定の状態となり、２０ＧＨｚ以上ではリン含有濃度が１０．３６％の場合に比較して、２．１２〜６．７９％の方が、損失が小さくなる。なお、リン濃度が０．０質量％の場合には、２．１２質量％以上の場合に比較して、損失が大きくなっている。
図１８は図５に対応する図である。図１８に示すように、リンの濃度が２．１２〜１０．３６％のときに１６Ｇｂａｕｄ（周波数が８ＧＨｚに対応する伝送速度）より速い伝送速度でアイの開口高さが改善する結果が得られた。より詳細には、１６Ｇｂａｕｄでは、アイ開口高さは０．６である。しかし、伝送速度が速くになるにつれて、例えば、２８Ｇｂａｕｄでは、アイ開口高さはリン含有濃度が２．１２％では０．６であり、４．０４，６．７９％では０．５であり、１０．３６％では０．４である。また、３２Ｇｂａｕｄでは、アイ開口高さはリン含有濃度が２．１２％では０．６であり、４．０４，６．７９％では０．４であり、１０．３６％では０．３である。さらに、４０Ｇｂａｕｄでは、アイ開口高さはリン含有濃度が２．１２，４．０４％では０．４であり、６．７９％では０．３であり、１０．３６％では０．２である。なお、リン濃度が０．０質量％の場合には、２．１２質量％以上の場合に比較して、アイ開口高さが低くなっている。
図１９は、図１１に対応する図であり、図１０と同様の構成を有するアンテナ装置８０のリン含有濃度を変更した場合の４８ＧＨｚにおけるアンテナ利得を示している。図１９に示すように、リン含有濃度が２．１２質量％の場合は１０．３６質量％の場合に比較して利得が１．４ｄＢｉ向上しており、リン含有濃度が４．０４質量％の場合は１０．３６質量％の場合に比較して利得が０．８ｄＢｉ向上しており、リン含有濃度が６．７９質量％の場合は１０．３６質量％の場合に比較して利得が０．４ｄＢｉ向上している。なお、リン濃度が０．０質量％の場合には、２．１２質量％以上の場合に比較して、アンテナ利得が低下している。
また、最適値は、図１６〜図１９の比較から、０質量％を超え、３質量％以下の範囲であると考えられる。なお、最適値の下限値については、現時点までの簡易実験では、０．５質量％以上、または、１．０質量％以上である場合には０質量％に比較して特性が改善されることがわかっており、さらに１．０質量％以上である場合には、めっきの際リン濃度の制御をより容易にすることができるため好ましい。２．０質量％以上である場合は、めっきの際リン濃度の制御をより一層容易にすることができるためさらに好ましいが、これを下回る様にしても良い。さらに、最適値の上限値については、６質量％以下であることが好ましく、４質量％以下であればさらに好ましく、３質量％以下であればさらに一層好ましいことが分かっている。加えて、これらを満たす範囲とすることでニッケル−リン層のはんだ濡れ性（例えば、はんだとの接合の信頼性）を向上させることができ、伝送路としてより好適な特性を実現することができる。
図２０は、メッキ処理の工程を示す図である。図２０に示すように、メッキ処理の工程では、（１）浸漬脱脂工程にて、脱脂液（例えば、商品名：ＩＣＰクリーンＳＣの１５０ｍｌ／Ｌの濃度で温度が４０℃の液）に４分間浸漬し、（２）酸性脱脂液工程にて酸性脱脂液（例えば、商品名：ＩＣＰクリーンＳ−１３５Ｋの１５０ｍｌ／Ｌの濃度で温度が４０℃の液）に４分間浸漬し、（３）ソフトエッチング工程にてソフトエッチング液（例えば、過硫酸ソーダの１００ｇ／Ｌの濃度で温度が２５℃の液）に３０秒間浸漬し、（４）デスマット工程で、例えば、９８％の硫酸を１００ｍｌ／Ｌの濃度に設定した２５℃の液に３０秒間浸漬し、（５）プリディップ工程にて、３６％の塩酸を１００ｍｌ／Ｌの濃度に設定した２５℃の液に３０秒間浸漬し、（６）触媒付与工程にて、触媒液（例えば、商品名：ＩＣＰアクセラの２００ｍｌ／Ｌの濃度で温度が２５℃の液）に３０秒間浸漬する。
つぎに、（７）無電解ニッケル−リン（Ｎｉ−Ｐ）めっき工程にてニッケル−リン層を形成する。なお、この工程では、めっき液のｐＨを４．５〜６．５の範囲、温度を８０℃〜８８℃の範囲、めっき液のＮｉ濃度を５．０〜６．７ｇ／Ｌの範囲、時間を１５〜４０分の範囲で変更した合計で６段階めっき工程にて、各工程で膜厚が５μｍ程度のニッケル−リン層をそれぞれ形成する。なお、前述した値は一例であって、これら以外の値に設定してもよいことはいうまでもない。
そして、（８）無電解Ａｕめっき工程では、例えば、ｐＨが４．８、温度が８０℃、金（Ａｕ）の濃度が１．２ｇ／Ｌのめっき液に１０分間浸漬することで、膜厚が０．０６μｍ程度の金層を形成する。
最後に、（９）乾燥工程によって、基板を完成させて終了となる。
以上の工程によれば、図２および図１０に示す構造を有する伝送路または放射素子を形成することができる。
また、以上の実施形態では、図２に示すように、誘電体基板１１の上側面に伝送路１２を形成し、下側面にグランド層１９を形成するマイクロストリップ型伝送路としたが、コプレーナ型伝送路を形成するようにしてもよい。このような場合でも、８ＧＨｚを超える高周波信号に対して損失を減らすことができる。
また、ニッケル−リン層に本発明で得られる効果を損なわない範囲で他の元素が含有されていてもよい。例えば、ＦｅやＺｎ，Ｃｒなどの元素がニッケル−リン層に微小量（例えば、１％以内）で含有されていても、本発明の効果を発揮することができる。
また、以上の各実施形態では、伝送路１２は、銅層１２１、ニッケル−リン層１２２、および、金層１２３の三層構造としたが、例えば、誘電体基板１１の表面にニッケル−リン層１２２だけを有する構成としてもよい。あるいは、ニッケル−リン層１２２と、銅層１２１または金層１２３の少なくとも一方を組み合わせるようにしてもよい。そのような構成の場合でも、８ＧＨｚを超える高周波信号に対して損失を減らすことができる。
また、以上の各実施形態では、ニッケル−リン層１２２は、無電解めっきによって形成するようにしたが、これ以外にも、例えば、電解めっきによって形成したり、真空蒸着等によって形成したりしてもよい。
また、ニッケル−リン層１２２は、非結晶性（アモルファス）の態様を有するようにしてもよいし、結晶性の態様を有するようにしてもよい。
また、銅層１２１，１９１の代わりに、他の金属、例えば、アルミニウムによる層を形成するようにしてもよい。また、金層１２３，１９３の代わりに、他の金属、例えば、白金等を用いるようにしてもよいし、金層１２３，１９３がなくてもよい。
また、以上の各実施形態では、伝送路を伝送する信号がデジタル信号である場合を例に挙げて説明したが、アナログ信号を転送する場合であっても同様の効果が期待できる。また、８ＧＨｚを超える高周波信号成分が含まれていれば、それ以外の周波数成分が含まれていても、当該８ＧＨｚを超える高周波信号成分については、損失を低減することができる。
また、以上の各実施形態では、電気信号を伝送する伝送路を例に挙げて説明したが、例えば、図８に示すように電磁波を伝送する導波管に本発明を適用することも可能である。図８の例では、図８（Ａ）に示すように、導波管７０は、導電性を有する板状部材（例えば、銅またはアルミニウム）で方形（または円形）形状を有するように形成される中空部材７１によって形成される。また、図８（Ｂ）に拡大して断面を示すように、中空部材７１の内側面には、ニッケル−リン層７２が形成されている。ニッケル−リン層７２は、前述の場合と同様に無電解めっき等によって形成され、リンの濃度は０質量％を超え、８質量％未満に設定されている。このような実施形態によれば、導波管７０内を伝送する電磁波の損失を低減することができる。
また、第３および第４実施形態では、送信アンテナ装置を例に挙げて説明を行ったが、受信アンテナ装置に本発明を適用するようにしてもよい。そのような構成によれば、受信利得を向上させることができる。
また、第３および第４実施形態では、放射素子８２、地導体板８４，２１１、給電部２２３，３２４、および、短絡部２２２，３２５は、銅層８２１、ニッケル−リン層８２２、および、金層８２３の三層構造としたが、例えば、誘電体基板８１の表面にニッケル−リン層８２２だけを有する構成としてもよい。あるいは、ニッケル−リン層８２２と銅層８２１または金層８２３の少なくとも一方を組み合わせるようにしてもよい。そのような構成の場合でも、８ＧＨｚを超える高周波信号を送受信する場合に、利得を向上させることができる。
また、第３および第４実施形態では、パッチアンテナ、板状逆Ｆ型アンテナ、および、逆Ｆ型アンテナを例に挙げて説明したが、例えば、λ／４モノポールアンテナを螺旋状にして全長を短縮したノルマルモードヘリカルアンテナや、λ／４モノポールアンテナを折り曲げることで低姿勢化を実現する逆Ｌ型アンテナ等に本発明を適用するようにしてもよい。もちろん、これ以外のアンテナ装置に本発明を適用してもよい。
また、以上の各実施形態では、放射素子８２、給電線路８３、および、地導体板８４の全てを図１０に示す積層構造としたが、これらの少なくとも１つを図１０に示す積層構造としてもよい。また、図１３および図１４では放射素子２２１、短絡部２２２、および、給電部２２３の少なくとも１部を図１０に示す積層構造とし、図１５では放射素子３２３、給電部３２４、短絡部３２５、および、グランド導体３２６の少なくとも１部を図１０に示す積層構造としてもよい。
また、図９、図１３および図１４の構成例において、図１５と同様に、地導体板８４，２１１上にＩＣまたは回路素子（抵抗、コンデンサ、コイル、および、その他の素子）を載置するようにしてもよい。
１０ バックプレーン基板
１１ 誘電体基板
１２ 伝送路
１３，１４ ビア
１５，１７ コネクタ
１６，１８ 伝送路
２０，３０ ユニット基板
２１，３１ 誘電体基板
２２，３２ 伝送路
２３，２４，３３，３４ ビア
２５，３５ ＩＣチップ
３６ 回路素子
５０ 光／電気変換装置
５１ 誘電体基板
５２ コネクタ
５３ 伝送路
５４ 光／電気変換部
５５ 光ファイバ
５６〜５８ 電子部品
７０ 導波管
７１ 中空部材
７２ ニッケル−リン層
８０ アンテナ装置
８１ 誘電体基板
８２ 放射素子
８３ 給電線路
８４ 地導体板
１２１，１９１ 銅層
１２２，１９２ ニッケル−リン層
１２３，１９３ 金層

Claims (14)

  1. １４ＧＨｚ以上の周波数成分を含む高周波信号を伝送する伝送路において、
    前記伝送路はニッケルおよびリンを含むニッケル−リン層を有し、
    前記ニッケル−リン層は、前記リンの濃度が３質量％以下であることを特徴とする伝送路。
  2. 前記ニッケル−リン層は、前記リンの濃度が０．５質量％以上であることを特徴とする請求項１に記載の伝送路。
  3. 前記ニッケル−リン層は、前記リンの濃度が１．０質量％以上であることを特徴とする請求項１に記載の伝送路。
  4. 前記伝送路は導体層を有し、前記ニッケル−リン層は前記導体層の表面に形成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の伝送路。
  5. 前記ニッケル−リン層は誘電体基板の表面に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の伝送路。
  6. 前記伝送路は導体層を有し、前記導体層は銅によって構成されていることを特徴とする請求項４または５に記載の伝送路。
  7. 前記ニッケル−リン層の表面に形成される金層を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の伝送路。
  8. 前記伝送路には２８Ｇｂａｕｄを超える伝送速度を有するデジタル信号が伝送されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の伝送路。
  9. 前記ニッケル−リン層が導波管の内側表面に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の伝送路。
  10. 前記ニッケル−リン層は無電解めっきによって形成されることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の伝送路。
  11. 前記高周波信号を送受信する放射素子と、前記放射素子に隣接して配置される地導体板と、前記放射素子に電力を給電または前記放射素子から電力を受電する給電部と、を有するアンテナ装置の少なくとも前記放射素子を構成することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の伝送路。
  12. ８ＧＨｚを超える周波数成分を含む高周波信号を伝送する伝送路において、
    前記伝送路はニッケルおよびリンを含むニッケル−リン層を有し、
    前記ニッケル−リン層は、前記リンの濃度が０質量％を超え、３質量％以下であることを特徴とする伝送路。
  13. ８ＧＨｚを超える周波数成分を含む高周波信号を伝送する伝送路において、
    前記伝送路はニッケルおよびリンを含むニッケル−リン層を有し、
    前記ニッケル−リン層は、前記リンの濃度が０質量％を超え、８質量％未満であるとともに、前記ニッケル−リン層が導波管の内側表面に形成されていることを特徴とする伝送路。
  14. ８ＧＨｚを超える周波数成分を含む高周波信号を伝送する伝送路において、
    前記伝送路はニッケルおよびリンを含むニッケル−リン層を有し、
    前記ニッケル−リン層は、前記リンの濃度が０質量％を超え、８質量％未満であるとともに、前記高周波信号を送受信する放射素子と、前記放射素子に隣接して配置される地導体板と、前記放射素子に電力を給電または前記放射素子から電力を受電する給電部と、を有するアンテナ装置の少なくとも前記放射素子を構成することを特徴とする伝送路。
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