JPH118502A - 誘電体導波路の信号減衰装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】多層基板あるいは半導体パッケージの伝送線路
として利用可能であり、積層化技術を用いて作製可能な
誘電体導波路タイプの伝送線路に利用できる誘電体導波
路の信号減衰装置を提供する。 【解決手段】誘電体層１１を積層してなる基板１０内に
形成された誘電体導波路２０、４０、４９と、該誘電体
導波路２０、４０、４９の内部に形成された、高抵抗金
属からなる複数の減衰用ビアホール導体２３、２５、３
９または複数の減衰用導体パターン４１、４２のいずれ
か一種とから構成してなるもので、誘電体導波路２０、
４０、４９の側面が、少なくとも基板１０内に形成され
た伝送信号波長の１／２以下の間隔を置いて信号伝送方
向に形成された２列のビアホール導体１４群により形成
されることが望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、誘電体導波路の信
号減衰装置に関するものであり、主にマイクロ波及びミ
リ波用の誘電体導波路やラジアル型誘電体導波路におい
て使用され、誘電体導波路内の伝送信号を減衰させる減
衰器や無反射終端器を有する信号減衰装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来技術】マイクロ波およびミリ波の分野では、波長
は回路のサイズ以下になるため、回路を伝播する電気信
号は波としての性質が重要視される。このため、高周波
の分野では様々な技術や独特な回路構造が要求されてい
る。

【０００３】例えば、線路を伝播する高周波信号がある
部分で反射すると、高周波デバイスに悪影響を及ぼした
り、入力信号波と反射信号波とが合成されて、定在波を
作る現象が発生する。この定在波は、特に、アンテナ素
子の給電線に発生すると電磁波の放射の阻害要因となる
ことがある。このため、回路にはできるだけ反射波が発
生しないように、線路の不連続部分でもできるだけイン
ピーダンスが変化しないように保たれるのが一般的であ
る。

【０００４】しかし、線路には終端があり、しかもでき
るだけ反射波を抑制しなければならない場合もある。例
えば、直列給電のアレーアンテナの場合、終端での反射
を抑制するために、無反射終端器が用いられる。また、
高周波デバイスを保護するために、入力される信号電力
の強度を減衰させる場合がある。このようなときには、
伝送線路内の一部に減衰器が用いられている。

【０００５】無反射終端器には、従来、用いる線路構造
に適した様々なものが提案されているが、例えば、導波
管用としては、図１０（ａ）に示すようなテーパのつい
た抵抗体１が導波管２の端部に挿入された構造のものが
用いられており、この抵抗体１は、導波管２端面に形成
された導体３と短絡されている。抵抗体１としては、図
１０（ｂ）（ｃ）に示すような種々の形状のものがあ
る。

【０００６】また、減衰器としては、図１１に示すよう
な抵抗体５が、導波管６の内部に配置された構造のもの
が用いられていた。

【０００７】ところで、高周波の分野では、伝送線路は
低損失のものが要求される。低損失の線路としては導波
管が優れているが、他のマイクロストリップ線路等の高
周波線路と比較して大きなものとなるため、配線基板や
半導体パッケージ用の伝送線路としては用いられない。
しかし、特開平６−５３７１１号公報に示されているよ
うな誘電体基板内にビアホール導体を用いて形成された
導波路の場合、低損失の誘電体材料を用いればサイズも
小さくなり、しかも低損失であるため配線基板や半導体
パッケージ用の伝送線路として十分利用可能なものとな
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平６−５３７１１号公報に開示された誘電体導波路で
は、従来の導波管構造と類似しているが、内部に誘電体
が詰まった構造であるため、図１０に示したような導波
管用無反射終端器や図１１のような減衰器は容易に形成
することができなかった。

【０００９】

【発明の目的】本発明では、多層基板あるいは半導体パ
ッケージの伝送線路として利用可能であり、積層化技術
を用いて作製可能な誘電体導波路タイプの伝送線路に利
用できる誘電体導波路の信号減衰装置を提供することに
ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明の誘電体導
波路の信号減衰装置は、誘電体層を積層してなる基板内
に形成された誘電体導波路と、該誘電体導波路の内部に
形成された、高抵抗金属からなる複数の減衰用ビアホー
ル導体または複数の減衰用導体パターンとから構成して
なるものである。

【００１１】また、本発明の誘電体導波路の信号減衰装
置は、誘電体層を積層してなる基板内に形成された誘電
体導波路と、該誘電体導波路の内部に配置された、高抵
抗金属の金属塊または高誘電損失の誘電体とから構成し
てなるものである。

【００１２】誘電体導波路の側面は、少なくとも伝送信
号波長の１／２以下の間隔を置いて信号伝送方向に形成
された２列のバイアホール導体群により形成されること
が望ましい。

【００１３】

【作用】本発明の誘電体導波路の信号減衰装置では、高
抵抗金属からなる複数の減衰用ビアホール導体または複
数の減衰用導体パターンを、誘電体導波路の終端部に形
成したり、また、高抵抗金属の金属塊を誘電体導波路の
終端部に配置することにより、誘電体導波路を伝送する
信号（電磁波）が終端部に到達すると、減衰用ビアホー
ル導体、複数の減衰用導体パターン、金属塊に電流が励
起されるが、この時の電気エネルギーは上記導体の抵抗
によって消費され、最終的には全ての信号（電磁波）が
熱エネルギーとなって散逸し、消滅する。よって、この
終端部からの反射波を防止できる。

【００１４】一方、誘電体線路の終端部に、金属塊の代
わりに高誘電損失の誘電体を配置することにより、終端
部に到達した電磁が誘電体部で熱エネルギーとなって消
滅するので、終端部からの反射波を防止できる。

【００１５】また、上記導体を誘電体導波路の途中に設
けることにより、誘電体導波路を伝送する信号（電磁
波）が導体に到達すると、導体に電流が励起されるが、
この時の電気エネルギーが上記導体の抵抗によって消費
され、熱エネルギーとなって散逸し、信号が減衰する。

【００１６】このような構造の誘電体導波路の信号減衰
装置は、誘電体層を構成するグリーンシート（成形体）
を積層し、誘電体導波路を形成するとともに、グリーン
シート（成形体）を積層する際に、減衰用ビアホール導
体の作製、減衰用導体パターンの印刷により形成するこ
とができるので、従来の多層化技術を用いて容易に作製
でき、しかも、低コストで、かつ量産可能となる。

【００１７】さらに、高抵抗金属の金属塊または高誘電
損失の誘電体の場合には、上記グリーンシート（成形
体）を積層する際に金属塊や誘電体を収容する凹部を形
成すれば、従来の多層化技術を用いて容易に作製でき、
しかも、低コストで、かつ量産可能となる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の誘電体導波路の信
号減衰装置を図を用いて説明する。図１は誘電体導波路
の一例を示すもので、誘電体基板１０が３層の誘電体層
１１を積層して構成されており、所定の厚みａの誘電体
基板１０を挟持する位置に一対の主導体層１２、１３が
形成されている。主導体層１２、１３は、誘電体基板１
０の少なくとも線路形成位置を挟む上下面の一面に形成
されている。

【００１９】また、誘電体層１１の間には、線路形成位
置を側面から挟むように、副導体層１５が形成されてお
り、主導体層１２、１３および副導体層１５間には、主
導体層１２、１３および副導体層１５とを電気的に接続
するビアホール導体１４が多数設けられている。

【００２０】ビアホール導体１４は所定間隔ｂをもって
二列に信号伝送方向、つまり線路形成方向Ｘに所定間隔
ｃをもって形成されている。所定間隔ｂに対する制限は
特にはないが、シングルモードで用いる場合には、前記
間隔ａに対して、ｂ／２程度または２ｂ程度とすること
が良く、所定間隔ｃは、伝送信号波長の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
構成によれば、主導体層１２、１３、副導体層１５およ
び多数のビアホール導体１４群によって囲まれる断面積
がａ×ｂのサイズの領域が誘電体導波路２０となる。

【００２１】尚、誘電体導波路は、その側面を、上記し
たようにビアホール導体により形成すれば良く、例え
ば、その上下面を何らかの手段により電磁波の漏出を防
止する構造であればどのような構造でも良い。また、側
面をビアホール導体により形成する必要はなく、例え
ば、側面を金属導体壁により構成しても良い。

【００２２】例えば、誘電体導波路は、本願発明者が先
に出願した以下のようなものがある。複数の積層された
誘電体層内において、前記誘電体層を積層方向に貫通す
るように配設された複数のビアホール導体群と、該ビア
ホール導体群と電気的に接続され、互いに平行に形成さ
れた複数の導体層群によって囲まれた領域により、電気
信号を前記誘電体層の積層方向に伝送する誘電体導波路
（特願平８−２９０４２６号）である。

【００２３】２層以上の誘電体層の積層体からなる誘電
体基板と、該誘電体基板の少なくとも線路幅を含む一方
の表面に形成された主導体層と、該導体層から前記誘電
体基板の積層方向に伸び、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ビアホ
ール導体群と、該側壁用ビアホール導体群の各列の端部
を電気的に接続し、線路の両側に前記主導体層と平行に
形成された副導体層と、を具備する誘電体導波路であっ
て、主導体層側と直接接する誘電体層を他の誘電体層よ
りも高誘電率化した誘電体導波路（特願平９−１０４９
０８号）である。

【００２４】複数の誘電体層の積層体からなる誘電体基
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
された側壁用ビアホール導体群とからなる誘電体導波路
であって、前記誘電体基板の中央に位置する誘電体層の
誘電率が、前記第１の導体層側および前記第２の導体層
側に位置する誘電体層よりも高い誘電体導波路（特願平
９−１０４９０７号）である。

【００２５】低誘電率層、高誘電率層および低誘電率層
を順次積層してなる基体と、該基体を積層方向に挿通
し、信号伝達方向に遮断波長の１／２以下の間隔を置い
て形成された二列のビアホール導体群と、前記基体の表
面に形成され、ビアホール導体を列毎に電気的に接続す
る導体層とを具備する誘電体導波路（特願平９−１０７
８６２号）である。

【００２６】誘電体と、該誘電体を挿通し、該誘電体を
伝送する信号の波長の１／２以下の間隔をおいて信号伝
送方向に形成される二列のビアホールを導体群と、前記
誘電体の一面に形成され、ビアボール導体を列毎に電気
的に接続する一対の帯状導体層と、前記誘電体の他面に
形成され、前記二列のビアホール導体群の前記ビアホー
ル導体に電気的に接続する平板状導体層とを具備する誘
電体導波路（特願平９−１０８７１９号）である。

【００２７】第１誘電体層、第２誘電体層およひ第３誘
電体を順次積層してなる基体と、前記各誘電体層にそれ
ぞれ形成され、伝送信号波長の１／２以下の間隔をおい
て信号伝送方向に形成された二列のビアホール導体群
と、前記基体の上下面に形成され、前記第１誘電体層お
よび第３誘電体層に形成されたビアホール導体を列毎に
電気的に接続する一対の帯状副導体層と、前記第２誘電
体層の上下面に形成され、前記第１誘電体層と前記第２
誘電体層のビアホール導体群、および前記第２誘電体層
と前記第３誘電体層のビアホール導体群を電気的に接続
する一対の帯状主導体層とを具備するとともに、前記第
１誘電体層および第３誘電体層に形成された二列のビア
ホール導体群の間隔がそれぞれ伝送信号波長の１／２よ
りも小さく、かつ、前記第２誘電体層に形成された二列
のビアホール導体群の間隔が伝送信号波長の１／２より
も大きい誘電体導波路（特願平９−１０８７２０号）で
ある。

【００２８】このような誘電体導波路に本発明を適用し
た例を図２に示す。この図２では、誘電体導波路２０の
端部には無反射終端が形成されている。この図２におい
ては、誘電体導波路２０は図１のように形成されている
が、誘電体導波路２０の側壁を構成するビアホール導体
１４群、主導体層１２、１３および副導体層１５は省略
してあり、上下面が磁界と平行なＨ面となるように構成
している。

【００２９】誘電体導波路２０の終端部内部には、高抵
抗金属からなる複数の減衰用ビアホール導体２３が形成
されており、これらの複数の減衰用ビアホール導体２３
により無反射終端が構成されている。無反射終端を上面
から見ると複数の減衰用ビアホール導体２３が、伝送信
号が次第に減衰し、消滅するように、信号伝送方向Ｘと
反対側に向けて凸となるような三角形を描くように配置
されている。

【００３０】このような誘電体導波路の信号減衰装置で
は、伝送信号がＸの方向に誘電体導波路内を伝播し、無
反射終端に向かう。この伝播してきた伝送信号（電磁
波）は、上下方向の電界成分を持つので、減衰用ビアホ
ール導体２３群に電流が励起されるが、この時の電気エ
ネルギーは減衰用ビアホール導体２３の抵抗によって消
費され、最終的には全ての電磁波は熱エネルギーとなっ
て散逸する。その結果、反射波は消滅する。

【００３１】図３は、誘電体導波路の途中に減衰器を形
成した例を示すもので、この図３によれば、誘電体導波
路２０内に、複数の減衰用ビアホール導体２５が、信号
伝送方向Ｘに向けて所定間隔を置いて直列に形成されて
いる。

【００３２】このように、誘電体導波路途中に減衰用ビ
アホール導体２５を形成することにより、上記したよう
に電磁波で励起される電流が減衰用ビアホール導体２５
の抵抗によって熱エネルギーに変換され、電磁波のエネ
ルギーを減衰できる。

【００３３】図４は、ラジアル型誘電体導波路に無反射
終端を形成した例である。図４において符号３７および
３８は導体層、３９は高抵抗の減衰用ビアホール導体を
示している。尚、この図では誘電体基板は省略し、導体
層３７の一部を切り欠いて表した。このような構造のラ
ジアル型誘電体導波路は、主にラジアルラインスロット
アンテナに用いられる。この場合、中央部の給電ピンよ
り給電された電磁波は径方向に伝播し、導体層３７に空
けられたスロットから電磁波が放射され、アンテナとし
て作用するが、終端部で電磁波が反射されると定在波が
発生し、うまく放射されなくなるため、終端部では電磁
波が反射しない構造にする必要がある。

【００３４】一般的にはラジアルラインスロットアンテ
ナの内部は空洞であるため、周辺部に抵抗体が挿入され
るが、誘電体が詰まっている場合にはそれができない。

【００３５】本発明では、周囲に高抵抗の減衰用ビアホ
ール導体３９群を形成すれば図２と同様に無反射終端が
構成できる。尚、図４の場合、周辺部に一列の減衰用ビ
アホール導体３９を形成したが、数列に形成することに
より確実に反射を抑えることができる。

【００３６】図５は、図１に示した誘電体導波路の端部
に無反射終端を形成した例を示すもので、図２と同様
に、誘電体導波路のビアホール導体群、主導体層および
副導体層は省略してあり、側面が磁界と平行なＨ面とな
るように構成している。

【００３７】そして、誘電体導波路４０の端部には、メ
タライズ膜により形成した減衰用導体パターン４１が形
成されており、これらの減衰用導体パターン４１は終端
部に向かってテーパ状、即ち信号伝送方向Ｘと反対側に
向けて凸の三角形状とされている。

【００３８】このような誘電体導波路の信号減衰装置で
は、終端部に向かって伝播してきた電磁波は、水平方向
の電界成分を持つので、抵抗体に電流が励起されるが、
このときの電気エネルギーは抵抗によって消費され、最
終的には全ての電磁波は熱エネルギーとなって散逸す
る。その結果、反射波は消滅する。

【００３９】図６は、誘電体導波路の途中に減衰器を形
成した例を示すもので、減衰用導体パターン４２を線路
途中に形成することにより、電磁波で励起される電流が
抵抗により熱エネルギーに変換されるので、電磁波のエ
ネルギーは減衰される。

【００４０】本発明の誘電体導波路の信号減衰装置の製
造方法について説明する。図２および図３の誘電体導波
路の信号減衰装置についてであるが、例えばアルミナセ
ラミックスの場合、まず、アルミナ粉末とバインダーと
を調合し、ドクターブレード等の手法を用いてテープ状
に成形する。

【００４１】このテープに導波路形成用のビアホール導
体および本発明の減衰用ビアホール導体のための穴加工
を施した後、導波路形成用のビアホール導体にはタング
ステン等の低抵抗体ペースト、減衰用ビアホール導体に
は高抵抗体ペーストをそれぞれ埋め込む。この高抵抗体
ペーストとしてはランタンマンガンや、絶縁体と導体の
混合物が用いられる。

【００４２】この後、テープの下面に主導体層を形成す
るためのパターン、およびテープの上面に副導体層を形
成するパターンをタングステン等の低抵抗体ペーストに
より形成する。中間の誘電体層を形成するテープには、
上下面に副導体層を形成するパターンを形成する。尚、
上段の誘電体層として用いられるテープの上面には全面
にタングステン等の低抵抗体ペーストにより導体が形成
される。

【００４３】上記のようにして得られたテープを順次積
層し、例えば、窒素雰囲気中、１４００℃程度で焼成す
ることにより得られる。

【００４４】図５および図６に示される誘電体導波路の
信号減衰装置でも、減衰用ビアホール導体を形成する代
わりに、減衰用導体パターンを形成する以外は、ほぼ上
記と同様にして作製できる。

【００４５】図７は、誘電体導波路の終端部に無反射終
端を形成した例を示すもので、この図７では、誘電体導
波路の側壁を構成するビアホール群、主導体層および副
導体層は省略してあり、上下面が磁界と平行なＨ面とな
るように構成している。

【００４６】この図７では、誘電体導波路４９の端部に
は三角柱形状の凹部５０が形成されており、この凹部５
０には、同一形状の高抵抗金属の金属塊５１が収容さ
れ、この金属塊５１が半田またはＡｕ−Ｓｉ合金等を用
いて固着されている。高抵抗金属の金属塊５１の代わり
に、高誘電損失の誘電体であっても良い。誘電体として
は、樹脂性、セラミック性等がある。

【００４７】誘電体導波路４９を終端部に向かって伝播
してきた電磁波は、上下方向の電界成分を持つので、金
属塊５１に電流が励起されるが、このときの電気エネル
ギーは抵抗体（金属塊５１）によって消費され、電磁波
は熱エネルギーとなって散逸する。その結果、反射波は
消滅する。尚、金属塊５１の代わりに、高誘電損失の誘
電体を用いた場合にも同様に、熱エネルギーとなるた
め、同様の効果が得られる。

【００４８】図８は誘電体導波路の途中に減衰器を形成
した例を示すもので、直方体形状の金属塊５５が、誘電
体導波路４９途中に形成された凹部５７内に挿入され、
半田等を用いて固着されている。このような誘電体導波
路の信号減衰装置では、誘電体導波路４９を伝播してき
た電磁波の一部は、金属塊５５に電流を励起させるが、
この電流は金属塊５５によって熱エネルギーに変換され
るので電磁波のエネルギーは減衰される。

【００４９】図７および図８に示した誘電体導波路の信
号減衰装置は次のようにして作製される。例えばアルミ
ナセラミックスの場合、まず、アルミナ粉末とバインダ
ーとを調合し、ドクターブレード等の手法を用いてテー
プ状に成形する。このテープを用いて、図９に示すよう
に、導波路成形用ビアホールと金属塊の挿入用孔（凹部
形成用）を加工したテープ６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃ、６
０Ｄを作製する。

【００５０】ビアホールにはタングステン等の導電ペー
ストを埋め込み、テープ６０Ａ及び６０Ｄの表面に主導
体層を形成するために導電ペーストを印刷する。また、
テープ６０Ｂ、６０Ｃの上面には副導体層を形成するた
めに線路構成部を除いて導電ペーストを印刷する。

【００５１】このように作製したテープ６０Ａから６０
Ｄを密着積層し、この積層体を、例えば窒素雰囲気中、
１４００℃で焼成する。そして、焼結体中に形成され凹
部５０内に金属塊５１を挿入し、半田等で固着すること
により得られる。または、凹部５０に、誘電損失の大き
い樹脂を流し込み固化させ、表面に金属ペーストを塗布
することにより得られる。

【００５２】尚、上記例では減衰用ビアホール導体を用
いて説明したが、本発明においては、減衰用ビアホール
導体はスルーホール導体をも含む概念である。

【００５３】

【発明の効果】本発明の誘電体導波路の信号減衰装置で
は、高抵抗金属からなる複数の減衰用ビアホール導体ま
たは複数の減衰用導体パターンを、誘電体導波路の途中
や終端部に形成したり、高抵抗金属からなる金属塊や高
誘電損失の誘電体を誘電体導波路の途中や終端部に固着
することにより、誘電体導波路を伝送する信号（電磁
波）を誘電体導波路の途中で減衰させたり、誘電体導波
路の終端部で反射することなく消滅させることができ
る。

【００５４】また、本発明の誘電体導波路の信号減衰装
置は、従来の多層化技術を用いて容易に作製でき、その
結果、低コストで大量生産できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】誘電体導波路を示す斜視図である。

【図２】誘電体導波路の終端部に減衰用ビアホール導体
を形成した状態を示す斜視図である。

【図３】誘電体導波路の途中に減衰用ビアホール導体を
形成した状態を示す斜視図である。

【図４】ラジアル型誘電体導波路の終端部に減衰用ビア
ホール導体を形成した状態を示す斜視図である。

【図５】誘電体導波路の終端部に減衰用導体パターンを
形成した状態を示す斜視図である。

【図６】誘電体導波路の途中に減衰用導体パターンを形
成した状態を示す斜視図である。

【図７】誘電体導波路の終端部に金属塊を挿入固着する
状態を示す斜視図である。

【図８】誘電体導波路の途中に金属塊を挿入固着する状
態を示す斜視図である。

【図９】図７の誘電体導波路の信号減衰装置の製造工程
を説明するための分解斜視図である。

【図１０】従来の導波管の無反射終端器および抵抗体を
示す斜視図である。

【図１１】従来の導波管の減衰器を示す斜視図である。

【符号の説明】

１０・・・誘電体基板 １１・・・誘電体層 ２０、４０、４９・・・誘電体導波路 ２３、２５、３９・・・減衰用ビアホール導体 ４１、４２・・・減衰用導体パターン ５１、５５・・・金属塊

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】誘電体層を積層してなる基板内に形成され
   た誘電体導波路と、該誘電体導波路の内部に形成され
   た、高抵抗金属からなる複数の減衰用ビアホール導体ま
   たは複数の減衰用導体パターンとから構成してなること
   を特徴とする誘電体導波路の信号減衰装置。
2. 【請求項２】誘電体導波路の側面が、少なくとも伝送信
   号波長の１／２以下の間隔を置いて信号伝送方向に形成
   された２列のビアホール導体群により形成されることを
   特徴とする請求項１記載の誘電体導波路の信号減衰装
   置。
3. 【請求項３】誘電体層を積層してなる基板内に形成され
   た誘電体導波路と、該誘電体導波路の内部に配置され
   た、高抵抗金属の金属塊または高誘電損失の誘電体とか
   ら構成してなることを特徴とする誘電体導波路の信号減
   衰装置。
4. 【請求項４】誘電体導波路の側面が、少なくとも伝送信
   号波長の１／２以下の間隔を置いて信号伝送方向に形成
   された２列のビアホール導体群により形成されることを
   特徴とする請求項３記載の誘電体導波路の信号減衰装
   置。