JPH10190320A - 積層型誘電体導波管の給電構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】多層配線基板あるいは半導体パッケージにおけ
る伝送線路として利用可能な積層型誘電体導波管に対し
て、従来の積層技術を用いて容易に作製可能な誘電体導
波管への給電構造を提供することにある。 【解決手段】所定厚みｘの誘電体基板１と、誘電体基板
１の少なくとも線路方向の上下面に形成された導体層２
および導体層３と、誘電体基板１内にて導体層２、３間
を電気的に接続し且つ線路方向に遮断波長の１／２以下
の間隔ｚをもって間隔ｙで二列に配列された側壁用バイ
アホール導体４群とからなる積層型誘電体導波管Ａに対
して、給電用バイアホール導体６を導体層２側から、導
体層２と電気的に接触することなく導波管Ａ内に挿入す
るとともに、給電用バイアホール導体６の径を導体層２
側から導体層３側に向かって段階的あるいは連続的に大
きくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主にマイクロ波及
びミリ波等の高周波の信号を伝達するための積層型誘電
体導波管に対して電力を供給するための給電構造に関す
るものである。

【０００２】

【従来技術】従来より、マイクロ波やミリ波の高周波の
信号を伝達するための線路としては、導波管、誘電体導
波管、ストリップ線路、マイクロストリップ線路等が知
られている。ストリップ線路およびマイクロストリップ
線路においては、高周波信号が導体線路上を伝播するの
で、低周波領域で用いられている信号線路と同様に扱え
るため、その給電方法は比較的容易である。

【０００３】しかし、導波管や誘電体導波管において
は、高周波信号は導体線路上を伝播するのではなく、導
体で囲まれた空間中を電磁波として伝播するため、その
給電には様々な構造が提案されている。例えば、内部に
誘電体が充填され、その周囲に金属壁が形成された誘電
体導波管線路の場合、その導波管中にプルーブに相当す
る穴を空け、その穴に金属膜を付着させる方法や、図４
に示すように、マイクロストリップ線路１１の終端から
プルーブ（金属棒）１２を導波管１３内に挿入する方
法、図５に示すように導波管１４の一端面を開放端１５
とし、そこへ励振用ストリップ１６を設ける方法等があ
る。

【０００４】また、一方では、誘電体導波管を半導体素
子を収納するためのパッケージにおける多層配線基板内
に形成するために、積層型誘電体導波管が提案されてい
る。この導波管は、所定厚みの誘電体基板の上下面に一
対の導体層を形成し、また誘電体基板内で一対の導体層
間を電気的に接続し且つ線路方向に遮断波長の１／２以
下の間隔をもって二列に側壁用バイアホール導体群を配
列したものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の積層型
誘電体導波管は、電磁気学的には誘電体導波管と類似し
ているものの、導波管の側面が金属壁ではなく一定間隔
で形成されたスルーホール導体からなり、また多層配線
基板の内部に構成した特殊な構造であるためにその製造
方法も従来の誘電体導波管とは異なるものである。

【０００６】このような積層型誘電体導波管に対する最
も簡単な給電構造は、バイアホール導体を導体層から導
波管内に挿入してこれをプローブとして用いる手法、お
よび給電線路と導体層に形成したスロットを対峙させて
電磁結合的に給電する方法等がある。

【０００７】しかし、インピーダンスの不一致による反
射損失、給電部での電磁波の漏れ等により積層型誘電体
導波管の持つ優れた伝送特性が十分に得られていないの
が現状であった。

【０００８】従って、本発明の目的は、多層配線基板あ
るいは半導体パッケージにおける伝送線路として利用可
能な積層型誘電体導波管に対して、従来の積層技術を用
いて容易に作製可能な誘電体導波管への給電構造を提供
することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】発明者は、上記の問題点
に関して検討を重ねた結果、積層型誘電体導波管に対し
て、バイアホール導体を給電用として一方の導体層側か
ら導波管内に挿入し、挿入したバイアホール導体の径を
徐々に大きくした構造とすることにより、従来の積層技
術をもって容易に作製することができ、これによりイン
ピーダンスの不一致が緩和され、反射による損失が改善
されることを見いだした。

【００１０】即ち、本発明の積層型誘電体導波管の給電
構造は、誘電体基板と、該誘電体基板の少なくとも線路
方向の上下面に形成された第１の導体層および第２の導
体層と、前記誘電体基板内にて前記第１の導体層と第２
の導体層間を電気的に接続し且つ線路方向に遮断波長の
１／２以下の間隔をもって二列に配列された側壁用バイ
アホール導体群とからなる積層型誘電体導波管に対し
て、給電用バイアホール導体を前記第１の導体層側か
ら、該第１の導体層と電気的に接触することなく前記線
路内に挿入するとともに、前記給電線の径を前記第１の
導体層側から第２の導体層側に向かって段階的あるいは
連続的に大きくしたことを特徴とするものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の積層型誘電体導
波管の給電構造を説明するための概略斜視図である。図
１において、１は誘電体基板、２および３は主導体層、
４は側壁用バイアホール導体、５は副導体層、６は給電
用バイアホール導体、７は主導体層２にあけられた孔で
ある。

【００１２】図１の構造によれば、誘電体基板１は、所
定厚み（ｘ／４）の誘電体層（１ａ、１ｂ、１ｃ、１
ｄ）を４層積層してなる。誘電体基板１の上面および下
面には、一対の主導体層２、３が形成されている。この
主導体層２、３は、誘電体導波管の線路方向の上下面に
形成されている。また、誘電体基板１内には、主導体層
２と主導体層３間を電気的に接続する二列の側壁用バイ
アホール導体４が間隔ｙをもって形成されている。そし
て、各列の側壁用バイアホール導体４は、線路方向に遮
断波長の１／２以下の間隔ｚをもって複数個形成されて
いる。かかる構造により、断面がｘ×ｙの誘電体導波管
Ａが形成される。また、誘電体導波管Ａの側壁には、側
壁用バイアホール導体４群と電気的に接続され、且つ主
導体層２、３と平行に副導体層５が形成される。この副
導体層５の形成により、誘電体導波管の側壁は、格子状
となり、電磁波のもれをより確実に防止することができ
る。

【００１３】なお、所定間隔ｙは伝送させる高周波信号
の半波長よりやや大きめに設定するのがよい。また、所
定間隔ｘに対しては、特に制限はないが、シングルモー
ドで用いる場合には、前記間隔ｙの１／２程度とする事
が良く、所定間隔ｚは遮断波長の１／２以下の間隔に設
定されることで電気的な壁を形成している。このような
構成において、この積層型誘電体導波管を伝播する主モ
ードは、主導体層がＨ面（磁界と平行になる面）とする
ＴＥ１０となる。

【００１４】また、図１によれば、主導体層２の中央部
には、導体層が設けられていない孔７が形成され、その
孔７において、給電用バイアホール導体６が、導波管Ａ
内に挿入されている。このように、給電用バイアホール
導体６を主導体層２に孔７を通じて導波管Ａ内に垂直に
挿入することにより、給電用バイアホール導体６により
作られる磁界も主導体層２および３と平行となるために
良好な給電を行うことができる。

【００１５】ところで、一般に電子回路に用いられてい
る線路のインピーダンスは５０Ωが標準である。これに
対して、導波管のインピーダンスは一般には大きく、真
空の場合で３７７Ωである。積層型誘電体導波管におい
ては、内部に誘電体が満たされているため、誘電体の比
誘電率をεとするとインピーダンスは３７７／ε^1/2と
なり低くなるが、仮に、ε＝１０の誘電体材料を用いて
もそのインピーダンスは１１９Ωとなる。したがって、
給電用バイアホール導体６をストレート（径の変化しな
い）な構造にすると、このインピーダンスの不一致によ
り高周波信号の反射が起こる。これは、電磁波の側から
みると、今まで外部導体により拘束されていたものが、
導波管に入ったところで外部導体との間隔が急激に広が
るためである。 そこで、本発明によれば、図１に示す
ように、給電用バイアホール導体６の径を主導体層２か
ら主導体層３に向かって段階的に大きくなるように構成
することにより急激なインピーダンスの変化を緩和する
事ができる。

【００１６】図２は、図１の構造の給電構造を製造方法
を説明するための図である。この製造方法では誘電体基
板１としてセラミックスを用いた場合について説明する
もので、セラミックス多層化技術と同様な方法で容易に
作製できる。

【００１７】図２によれば、まず誘電体基板１を形成し
得るセラミック粉末をドクターブレード法や圧延法によ
ってシート状成形体（グリーンシート）を作製する。そ
して、グリーンシートに対して、それぞれの層に応じて
メタライズインクを印刷塗布したり、ホールを形成して
メタライズインクを充填する。

【００１８】具体的には、第１層目のグリーンシート１
ａに給電用のスルーホール６ａを形成し、メタライズイ
ンクを埋め込む。また、側壁用のスルーホール４ａも同
様に形成する。その後、グリーンシート１ａ上面にスル
ーホール６ａの上端が孔７内に挿入されるように主導体
層２を印刷する。

【００１９】第２層目のグリーンシート１ｂには、スル
ーホール６ａの径よりやや大きい径の給電用スルーホー
ル６ｂおよび側壁用のスルーホール４ｂを形成してメタ
ライズインクを埋め込み、さらに側壁用のスルーホール
４ｂと電気的に接続するように副導体層５ｂを印刷す
る。

【００２０】同様に、第３層目のグリーンシート１ｃに
は、スルーホール６ｂの径よりもやや大きい給電用スル
ーホール６ｃおよび側壁用のスルーホール４ｃを形成し
てメタライズインクを埋め込み、さらに側壁用のスルー
ホール４ｃと電気的に接続するように副導体層５ｃを印
刷する。

【００２１】第４層目のグリーンシートには、側壁用の
スルーホール４ｄを形成してメタライズインクを埋め込
み、さらに側壁用のスルーホール４ｄと電気的に接続す
るように上面に副導体層５ｄを印刷する。また、下面に
は主導体層３を印刷する。

【００２２】このように作製されたグリーンシート１ａ
〜１ｄを順次積層した後、これらを同時焼成するにより
本発明の積層型誘電体導波管への給電構造を形成するこ
とができる。

【００２３】なお、上記の構造においては、給電用バイ
アホールの径を段階的に大きくなるように設定したが、
例えば、上記の製造方法において、給電用スルーホール
６ａ〜６ｃにおけるホール形状を徐々に径が大きくなる
略円錐状に形成し、メタライズインクを充填し、それら
を位置合わせすることにより、給電用スルーホール導体
６の径が連続的に大きくなるような構造を形成すること
も可能である。

【００２４】本発明の積層型誘電体導波管の給電構造を
上記の同時焼成技術により製造する場合、例えば、誘電
体セラミックスが、アルミナである場合、主導体層、副
導体層、バイアホール導体は、Ｗ、Ｍｏ等の高融点金属
によって成形し、誘電体セラミックスがガラスーセラミ
ックス等の場合には、主導体層、副導体層、側壁用、給
電用のバイアホールは、Ｃｕ、Ａｇ等によって形成する
ことが望ましい。

【００２５】また、積層型誘電体導波管線路への給電を
線路端から行う場合には、図３に示すように、誘電体導
波管線路Ａの端面は完全な導体壁（キャスタレーショ
ン）８で構成されることが望ましい。このような導体壁
８は、積層技術では難しいが、この誘電体導波管Ａが形
成される多層配線基板の端面と一致するように構成すれ
ば、多層配線基板の端面をメッキ処理する等の方法によ
って導体壁８を形成することができる。

【００２６】しかし、このことは線路形成位置の自由度
が損なわれる。そこで、図３に示すような構造とすれば
平面上の何処にでも構成することができる。図３は本構
造を線路の上部から見た図である。給電用バイアホール
導体６からλｇ／４（λｇは誘電体導波管内における管
内波長）の位置に細長い長孔８が明けられており、この
内壁面にメタライズ層が形成されている。

【００２７】このような構造にすることにより、給電用
バイアホール導体６からから導波管Ａの端部側に放射さ
れた電磁波は、導体壁８で完全反射が起こる。そして、
導体壁８で反射した電磁波は、給電用バイアホール導体
６から無端側に放射された電磁波と同位相で強め合い、
無端方向に伝播されることになる。

【００２８】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の積層型誘
電体導波管の給電構造は、簡単な構造であるため、従来
のセラミック積層技術等を応用して、容易に作製するこ
とができ、積層型誘電体導波管のための優れた給電構造
が提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の積層型誘電体導波管の給電構造の一実
施例における概略斜視図である。

【図２】図１の積層型誘電体導波管の給電構造の製造方
法を説明するための図である。

【図３】本発明の積層型誘電体導波管の給電構造におい
て、導波管の端部から給電を行う場合の一実施例の構造
を説明するための平面図である。

【図４】従来の誘電体導波管における給電構造の一例を
説明するための概略図である。

【図５】従来の誘電体導波管における給電構造の他の例
を説明するための概略図である。

【符号の説明】

１ 誘電体基板 ２，３ 主導体層 ４ 側壁用バイアホール導体 ５ 側壁用副導体層 ６ 給電用バイアホール導体 ７ 孔 ８ 導体壁 Ａ 誘電体導波管

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】誘電体基板と、該誘電体基板の少なくとも
   線路方向の上下面に形成された第１の導体層および第２
   の導体層と、前記誘電体基板内にて前記第１の導体層と
   第２の導体層間を電気的に接続し且つ線路方向に遮断波
   長の１／２以下の間隔をもって二列に配列された側壁用
   バイアホール導体群とからなる積層型誘電体導波管に対
   して、給電用バイアホール導体を前記第１の導体層側か
   ら、該第１の導体層と電気的に接触することなく前記導
   波管内に挿入するとともに、前記給電用バイアホール導
   体の径を前記第１の導体層側から第２の導体層側に向か
   って段階的あるいは連続的に大きくしたことを特徴とす
   る積層型誘電体導波管の給電構造。