JP2006174262A

JP2006174262A - 基板の接続構造

Info

Publication number: JP2006174262A
Application number: JP2004366250A
Authority: JP
Inventors: Yu Kirikoshi; 祐桐越; Masahiko Kohama; 正彦小浜; Hideshi Hanshiyou; 秀史繁昌
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-12-17
Filing date: 2004-12-17
Publication date: 2006-06-29

Abstract

【課題】定在波比の悪化や不要放射の発生を抑えて高さが異なる位置に設置されるマイクロ波伝送路を接続する。
【解決手段】下側マイクロ波伝送路２と、下側マイクロ波伝送路２と設置される高さが異なる上側マイクロ波伝送路３と、下側マイクロ波伝送路２及び上側マイクロ波伝送路３に一体成型により結合される垂直マイクロ波伝送路４とを備え、下側マイクロ波伝送路２の一部及び上側マイクロ波伝送路３の一部が垂直マイクロ波伝送路４から延伸している。
【選択図】図２

Description

この発明は高さが異なる位置に設置されるマイクロ波伝送路を有する基板の接続構造に関するものである。

マイクロ波伝送路を有する従来の基板の接続構造としては、コネクタを用いて同軸線路等で複数の基板を接続したり、フィルム等で構成したマイクロ波伝送路により複数の基板を接続する方式がある。

また、特許文献１では、誘電体基板上のストリップパターンをスルホールにより接続していることが記載され、特許文献２では、プリント配線基板上のマイクロストリップ線をバイアホール、コンタクトパッド及びエラスチックコネクタにより接続していることが記載され、特許文献３では、基板上の信号線を迂回線とバンプにより接続していることが記載され、特許文献４では、配線基板を金属バンプにより接続していることが記載され、特許文献５では、基板上の信号用パターンをはんだバンプにより接続していることが記載されている。

図５は高さが異なる位置に設置されるマイクロ波伝送路を有する従来の基板の接続構造を説明する図である。図５に示すように、高さ方向に段差部１１を有するＬ字型の導体ベース１に、Ｌ字型の構造を有するマイクロ波伝送路６２と上側マイクロ波伝送路６３が設置され、マイクロ波伝送路６２の上側基板６４と上側マイクロ波伝送路６３が接続部材６５により接続されている。

図５に示す基板の接続構造において、マイクロ波伝送路６２の上側基板６４と上側マイクロ波伝送路６３を接続部材６５により接続する加工工程が必要であり、接続部材６５を半田付けする際の組立作業の仕上がりのバラツキにより、接続部材６５の取り付け高さが変わってしまい、定在波比の悪化やマイクロ波の空間への不要放射の発生の原因となる。また、部品点数が増えると共に接続加工のために必要な空間を確保しておく必要があり小型化が困難である。さらに、設置される高さが異なるマイクロ波伝送路を接続する際に、特に高さのギャップが大きいような場合、グランド経路１００が長くなり、定在波比の悪化や不要放射の発生の原因となる。さらに、マイクロ波伝送路を垂直又は水平方向に変換する部分で反射波を生じてしまい定在波比の悪化の原因となる。

特開昭６４−３１４９４号公報（第２頁右下欄第７行〜第３頁左上欄第６行、第２図）特開平０２−５２４９６号公報（第２頁右下欄第７行〜同第１７行、第１図）特開平１１−８８００１号公報（要約、解決手段、図４）特開２００２−２７１１０１号公報（段落００２５、図１）特開２００３−２１８４８２号公報（要約、解決手段、図１）

従来の基板の接続構造は以上のように構成されていたので、マイクロ波伝送路を有する複数の基板を接続する加工工程が必要となると共に、組立作業による仕上がりのバラツキにより、定在波比を悪化させたり、マイクロ波の空間への不要放射が発生するという課題があった。また、部品点数が増えると共に接続加工のために必要な空間を確保しておく必要があるため小型化が困難という課題があった。さらに、設置される高さが異なるマイクロ波伝送路を接続する際に、特に高さのギャップが大きいような場合、グランド経路が長くなり、定在波比を悪化させたり、不要放射が発生するという課題があった。さらに、マイクロ波伝送路を垂直又は水平方向に変換する部分で反射波を生じてしまい定在波比を悪化させる原因となるという課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、高さが異なる位置に設置されるマイクロ波伝送路を接続する際に、定在波比の悪化や不要放射の発生を抑えることができると共に、部品点数を削減して小型に構成することができ、加工工程も削減することができる基板の接続構造を得ることを目的とする。

また、マイクロ波伝送路の水平−垂直変換部や垂直−水平変換部における定在波比の悪化を抑えることができる基板の接続構造を得ることを目的とする。

さらに、垂直にマイクロ波を伝送する構造内にマイクロ波回路を内蔵することにより、小型で付加的機能を有する高さが異なるマイクロ波伝送路を接続することができる基板の接続構造を得ることを目的とする。

この発明に係る基板の接続構造は、下側マイクロ波伝送路と、この下側マイクロ波伝送路と設置される高さが異なる上側マイクロ波伝送路と、上記下側マイクロ波伝送路及び上記上側マイクロ波伝送路に一体成型により結合される垂直マイクロ波伝送路とを備え、上記下側マイクロ波伝送路の一部及び上記上側マイクロ波伝送路の一部が上記垂直マイクロ波伝送路より延伸しているものである。

この発明により、定在波比の悪化や不要放射の発生を抑えることができると共に、部品点数を削減して小型に構成することができ、加工工程も削減することができるという効果が得られる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるマイクロ波回路であって、基板の接続構造を説明する図である。この基板の接続構造では、図１に示すように、高さの異なる位置に設置される下側マイクロ波伝送路２と上側マイクロ波伝送路３と、この下側マイクロ波伝送路２と上側マイクロ波伝送路３を接続する垂直マイクロ波伝送路４とを備え、高さ方向に段差部１１を有するＬ字型の導体ベース１上の下側のベース面１２に下側マイクロ波伝送路２が設置され、導体ベース１上の上側のベース面１３に上側マイクロ波伝送路３の一部が設置されている。

図２はこの発明の実施の形態１による基板の接続構造を示す図であり、図１からＬ字型の導体ベース１を削除したものとなっている。このように、高さが異なる少なくとも２平面上に、下側マイクロ波伝送路２と上側マイクロ波伝送路３とを備え、下側マイクロ波伝送路２と上側マイクロ波伝送路３間を垂直マイクロ波伝送路４で結合している。

図２において、下側マイクロ波伝送路２には、表面にマイクロストリップ線路２１が形成され、裏面にグランドパターン２２が形成され、表面と裏面を接続するスルホール２３が形成されている。また、上側マイクロ波伝送路３には、表面にマイクロストリップ線路３１が形成され、裏面にグランドパターン３２が形成されている。さらに、垂直マイクロ波伝送路４には、表面にコプレーナ線路４１とグランドパターン４２が形成されている。そして、下側マイクロ波伝送路２のマイクロストリップ線路２１と上側マイクロ波伝送路３のマイクロストリップ線路３１は、垂直マイクロ波伝送路４のコプレーナ線路４１を介して接続され、下側マイクロ波伝送路２のグランドパターン２２と上側マイクロ波伝送路３のグランドパターン３２は、垂直マイクロ波伝送路４のグランドパターン４２と下側マイクロ波伝送路２のスルホール２３を介して接続されている。

この下側マイクロ波伝送路２と上側マイクロ波伝送路３と垂直マイクロ波伝送路４は一体で成型して製造される。すなわち、垂直マイクロ波伝送路４は、導体ベース１の段差部１１とスルホール２３との間における下側マイクロ波伝送路２上に、多層化技術を用いて導体ベース１の上側のベース面１３の高さとなるよう積層される。そして、垂直マイクロ波伝送路４の表面には、下側マイクロ波伝送路２のマイクロストリップ線路２１と上側マイクロ波伝送路３のマイクロストリップ線路３１を電気的に接続するコプレーナ線路４１が形成され、下側マイクロ波伝送路２のグランドパターン２２と上側マイクロ波伝送路３のグランドパターン３２を電気的に接続する複数のグランドパターン４２が形成される。また、積層された垂直マイクロ波伝送路４と導体ベース１の上側のベース面１３に接するように上側マイクロ波伝送路３が接続される。

この図２の例では、下側マイクロ波伝送路２にはマイクロストリップ線路２１が形成され、上側マイクロ波伝送路３にはマイクロストリップ線路３１が形成され、垂直マイクロ波伝送路４にはコプレーナ線路４１が形成されているが、その他のマイクロ波伝送路を形成しても良い。図２に示すように、この基板の接続構造では、下側マイクロ波伝送路２の一部と上側マイクロ波伝送路３の一部が、垂直マイクロ波伝送路４から互いに異なる方向にはみ出して延伸している構造となっている。

このように、下側マイクロ波伝送路２と上側マイクロ波伝送路３と垂直マイクロ波伝送路４を一体で成型して製造し、下側マイクロ波伝送路２の一部と上側マイクロ波伝送路３の一部が垂直マイクロ波伝送路４からはみ出して延伸している構造とすることにより、上側マイクロ波伝送路３の裏面に形成されているグランドパターン３２に沿ってグランド経路１００が図１に示すように短くなり、定在波比の悪化や不要放射の発生を抑えることができると共に、部品点数を削減して小型に構成することができ、加工工程も削減することができる。このときのグランド経路１００は、図１に示すように高さ方向に段差部１１を有する導体ベース１の形状に依存せず、上側マイクロ波伝送路３のグランドパターン３２に沿ったものとなる。

以上のように、この実施の形態１によれば、高さが異なる位置に設置されるマイクロ波伝送路を接続する際に、下側マイクロ波伝送路２と上側マイクロ波伝送路３と垂直マイクロ波伝送路４を一体で成型して製造し、下側マイクロ波伝送路２の一部と上側マイクロ波伝送路３の一部が、垂直マイクロ波伝送路４から互いに異なる方向にはみ出して延伸している構造とすることにより、定在波比の悪化や不要放射の発生を抑えることができると共に、部品点数を削減して小型に構成することができ、加工工程も削減することができるという効果が得られる。

実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２によるマイクロ波回路であって、基板の接続構造を示す図である。この基板の接続構造は、実施の形態１の図２に示す垂直マイクロ波伝送路４を、反射が少ない使用帯域内の波長を実現するように適切な値に設定された誘電率を持つ誘電体を使用した垂直マイクロ波伝送路４Ａとしたものであり、その他の構成は図２と同じである。このように、垂直マイクロ波伝送路４Ａに使用する誘電体の誘電率を適切な値に設定することにより、反射が少ない使用帯域内の波長を任意に設定できる。

定在波比の悪化する原因は、図３に示す水平−垂直変換部５１及び垂直−水平変換部５２における反射波である。水平−垂直変換部５１における反射位相をφＨＶ、垂直水平変換部５２における反射位相をφＶＨ、垂直マイクロ波伝送路４Ａの高さをＨ、反射が少ない使用帯域内の波長をλとすると、波長λを以下の式により求める。
λ＝４・Ｈ／｛（２ｎ＋１）−（φＨＶ＋φＶＨ）／π｝
ここで、ｎは任意の自然数とする。
そして、求めた波長λを実現する誘電率を持つ誘電体を垂直マイクロ波伝送路４Ａに使用することで、任意の高さの段差に対して良好な定在波比を実現できる。

また、誘電率は誘電体の材料物性値により決定されるため、垂直マイクロ波伝送路４Ａに使用する誘電体を多層構造にし、各誘電体の誘電率の異なる値に設定したり、各誘電体の厚さを適切に設定することにより、使用帯域内の任意の波長λを実現しても良く、この場合は、反射が少ない使用帯域内の任意の波長を容易に設定できる。

以上のように、この実施の形態２によれば、垂直マイクロ波伝送路４Ａに使用する誘電体の誘電率を適切な値に設定することにより、すなわち、垂直マイクロ波伝送路４Ａの高さにより決定される反射が少ない使用帯域内の波長を実現する誘電率を持つ誘電体を垂直マイクロ波伝送路４Ａに使用することにより、水平−垂直変換部５１及び垂直−水平変換部５２での反射波を使用帯域内で相殺することが可能となり、良好な定在波比を実現できるという効果が得られる。多くの場合、高さ方向の長さは機器の形状的な制約から決定され、任意に調整することが困難であるが、誘電体の誘電率を適切な値に設定することで、制約のある下側マイクロ波伝送路２と上側マイクロ波伝送路３の高さを変更することなく、反射が少ない使用帯域内の波長を設定することが可能である。

また、この実施の形態２によれば、垂直マイクロ波伝送路４Ａに使用する誘電体を多層構造にし、各層の誘電体の誘電率又は各層の誘電体の厚さにより、反射が少ない使用帯域内の波長を実現することにより、反射が少ない使用帯域内の任意の波長を容易に設定できるという効果が得られる。

実施の形態３．
図４はこの発明の実施の形態３によるマイクロ波回路であって、基板の接続構造を示す図である。この基板の接続構造は、実施の形態１の図２に示す垂直マイクロ波伝送路４を、カップラ、フィルタ、インピーダンス変換器等の付加機能としてのマイクロ波回路４４を内層に内蔵した多層基板で構成された垂直マイクロ波伝送路４Ｂとしたものであり、その他の構成は図２と同じである。図４において、マイクロ波回路４４は信号ライン４５を介して下側マイクロ波伝送路２の信号ライン２５と上側マイクロ波伝送路３の信号ライン３５に接続されている。このように、垂直マイクロ波伝送路４Ｂの内層にマイクロ波回路４４を内蔵することにより、従来では平面部分に設置していたマイクロ波回路４４を垂直マイクロ波伝送路４Ｂと一体化することができ、さらに小型化を実現することができる

また、多層基板で構成された垂直マイクロ波伝送路４Ｂのうち、マイクロ波回路４４の部分の誘電体層４６を局所的に高い誘電率の誘電体とすることで、マイクロ波回路４４のサイズを小さくすることができ、さらに小型化を実現できる。また、局所的に高い誘電率の誘電体を使用することにより、一般的に損失の大きな高誘電率材料で全体を充填するときに比較して低損失を実現できる。また、マイクロ波回路４４の部分の誘電体層４６を多層構造にし、各層の誘電率を異なる値に設定しても良い。

以上のように、この実施の形態３によれば、垂直マイクロ波伝送路４Ｂの内層にマイクロ波回路４４を内蔵することにより、従来では平面部分に設置していたマイクロ波回路４４を垂直マイクロ波伝送路４Ｂと一体化することができ、さらに小型化を実現することができるという効果が得られる。

また、この実施の形態３によれば、垂直マイクロ波伝送路４Ｂに使用する誘電体を多層構造にし、マイクロ波回路４４の部分の誘電体として局所的に高い誘電率の誘電体を使用することにより、マイクロ波回路４４のサイズを小さくすることができ、さらに小型化を実現できると共に、高誘電率材料で全体を充填するときに比較して低損失を実現できるという効果が得られる。

この発明の実施の形態１による基板の接続構造を説明する図である。この発明の実施の形態１による基板の接続構造を示す図である。この発明の実施の形態２による基板の接続構造を示す図である。この発明の実施の形態３による基板の接続構造を示す図である。従来の基板の接続構造を説明する図である。

符号の説明

１導体ベース、２下側マイクロ波伝送路、３上側マイクロ波伝送路、４，４Ａ，４Ｂ垂直マイクロ波伝送路、１１段差部、１２下側のベース面、１３上側のベース面、２１マイクロストリップ線路、２２グランドパターン、２３スルホール、２５信号ライン、３１マイクロストリップ線路、３２グランドパターン、３５信号ライン、４１コプレーナ線路、４２グランドパターン、４４マイクロ波回路、４５信号ライン、４６誘電体層、５１水平−垂直変換部、５２垂直−水平変換部、６２マイクロ波伝送路、６３上側マイクロ波伝送路、６４上側基板、６５接続部材、１００グランド経路。

Claims

下側マイクロ波伝送路と、
この下側マイクロ波伝送路と設置される高さが異なる上側マイクロ波伝送路と、
上記下側マイクロ波伝送路及び上記上側マイクロ波伝送路に一体成型により結合される垂直マイクロ波伝送路とを備え、
上記下側マイクロ波伝送路の一部及び上記上側マイクロ波伝送路の一部が上記垂直マイクロ波伝送路から延伸していることを特徴とする基板の接続構造。
垂直マイクロ波伝送路の高さにより決定される反射が少ない使用帯域内の波長を実現する誘電率を持つ誘電体を上記垂直マイクロ波伝送路に使用することを特徴とする請求項１記載の基板の接続構造。
垂直マイクロ波伝送路に使用する誘電体を多層構造にし、各層の誘電体の誘電率又は各層の誘電体の厚さにより、反射が少ない使用帯域内の波長を実現することを特徴とする請求項２記載の基板の接続構造。
垂直マイクロ波伝送路の内層にマイクロ波回路を内蔵していることを特徴とする請求項１記載の基板の接続構造。
垂直マイクロ波伝送路に使用する誘電体を多層構造にし、マイクロ波回路の部分の誘電体として局所的に高い誘電率の誘電体を使用することを特徴とする請求項４記載の基板の接続構造。