JP3351366B2 - 高周波伝送線路及びその製造方法 - Google Patents

高周波伝送線路及びその製造方法

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JP3351366B2 JP34699198A JP34699198A JP3351366B2 JP 3351366 B2 JP3351366 B2 JP 3351366B2 JP 34699198 A JP34699198 A JP 34699198A JP 34699198 A JP34699198 A JP 34699198A JP 3351366 B2 JP3351366 B2 JP 3351366B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、主に10〜15
0GHzのマイクロ波帯及びミリ波帯において数GHz
程度の帯域幅における伝送特性を最適化することができ
る高周波伝送線路及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】図7は、例えば特開平4−336702
号公報に記載されたような、従来の高周波伝送線路の構
造を概略的に示す一部破断斜視図である。この高周波伝
送線路は、グランデッド・コプレナ線路2と信号線路3
とを電気的に結合した構造を有する。グランデッド・コ
プレナ線路2は、誘電体基板1の一方の面に形成された
信号線2−1と、該信号線から所定間隔置いて両側に且
つ信号線2−1に沿うように前記一方の面に形成された
第1のグランドプレーン2−2と、誘電体基板1の他方
の面に形成された第2のグランドプレーン2−3とを有
している。一方、信号線路3は、第2のグランドプレー
ン2−3から電気的に絶縁された状態で前記他方の面に
形成された信号線3−1と、第2のグランドプレーン2
−3に電気的に接続され且つ信号線3−1に沿うように
その両側に形成された接地線3−2とを有する。グラン
デッド・コプレナ線路2と信号線路3との間を電気的に
結合するため、一方の信号線2−1の一端とそれに対向
する他方の信号線3−1の一端との間はビア4で接続さ
れており、また、第1のグランドプレーン2−2と第2
のグランドプレーン2−3との間は複数のグランド・ビ
ア5によって接続される。
【0003】高周波伝送線路をこうした構造にすること
により、グランデッド・コプレナ線路2をICチップに
接続する場合、その信号線2−1の線路幅をICチップ
の線路幅と適合させることが可能になり、グランデッド
・コプレナ線路2とICチップとの接続との間の高周波
的な不整合が解消され、損失を低く抑えることができる
うえ、定在波比を下げることが可能になる。更に、グラ
ンデッド・コプレナ線路2の第1及び第2のグランドプ
レーン2−2、2−3間の接続に複数のグランド・ビア
5を用い、必要に応じて同軸構造のビアを用いることに
より、高周波的な不整合を低減させ、アイソレーション
を高めることができる。
【0004】このように、図7の高周波線路の伝送特
性、即ち挿入損失及び反射損失は良好になるものと推測
されるが、このような構造の高周波線路であっても、1
0GHz以上のマイクロ波帯やミリ波帯においては充分
な地域幅を確保することが困難であり、その挿入損失は
−3dB程度が限界である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、上記の課
題に鑑みて提案されたものであって、使用周波数帯域に
おける伝送特性が良好な高周波線路及びその製造方法を
提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この出願の請求項1及び請求項2に記載された発
明は、グランデッド・コプレナ線路の信号線の中心線と
該中心線に最も近いグランド・ビア端との間の距離をL
(μm)、前記誘電体基板の比誘電率をεr、使用周波
数をF(GHz)としたとき、前記距離Lが F=M0+M1L ただし、M0=188−6.0・εr M1=−0.18+0.005・εr を満足する値を中心として±5%以内であることを特徴
とする高周波伝送線路、を提供する。
【0007】また、上記の目的を達成するために、この
出願の請求項3に記載の発明は、誘電体基板の対向する
2つの主面に、グランデッド・コプレナ線路を構成する
導体パターンを形成する工程と、前記グランデッド・コ
プレナ線路の信号線間を電気的に接続するビアを形成す
る工程と、前記対向する主面上に形成されたグランドプ
レーンの間を電気的に接続するグランド・ビアを形成す
る工程であって、前記信号線の中心線と該中心線に最も
近い前記グランド・ビア端との間の距離をL(μm)、
前記誘電体基板の比誘電率をεr、使用周波数をF(G
Hz)としたとき、前記距離Lが F=M0+M1L ただし、M0=188−6.0・εr M1=−0.18+0.005・εr を満足する値を中心として±5%以内である工程と、を
有する高周波伝送線路の製造方法を提供する。
【0008】
【作用】信号線の中心線と該中心線に最も近いグランド
・ビア端との間の距離をL(μm)、前記誘電体基板の
比誘電率をεr、使用周波数をF(GHz)としたと
き、前記距離Lが F=M0+M1L ただし、M0=188−6.0・εr M1=−0.18+0.005・εr を満足する値を中心として±5%以内である位置にグラ
ンド・ビアが設けられる。これにより、所与の周波数帯
域において高周波伝送線路の伝送特性が最適化される。
【0009】
【発明の実施の形態】図1は、この発明に係る高周波伝
送線路の1つの実施の形態の正面図を示しており、図2
は、図1のグランデッド・コプレナ線路の信号線の中心
線A−A′に沿う断面図、図3は、図1の線B−B′に
沿う断面図である。なお、図1〜図3において、図7に
おけると同じ又は同様の構成要素は同一の参照数字を付
すことにする。
【0010】図1〜図3において、この発明に係る高周
波伝送線路は、誘電体基板1の一方の主面の中心線に沿
って形成された信号線を備えた第1のグランデッド・コ
プレナ線路10と、誘電体基板1の他方の主面(即ち、
一方の主面に対向する主面)の中心線に沿って形成され
た信号線を備えた第2のグランデッド・コプレナ線路2
0とを電気的に結合した構造を有している。
【0011】図1に明示するように、第1のグランデッ
ド・コプレナ線路10の信号線11と第2のグランデッ
ド・コプレナ線路20の信号線21とは、それらの中心
線が一致するよう形成される。更に、第1のグランデッ
ド・コプレナ線路10は、信号線11の両側に且つ所定
の間隔だけ離れて形成された第1のグランドプレーン1
2と、誘電体基板1の他方の主面に信号線11及び第1
のグランドプレーン12に対向する形でほぼ全面に形成
された第2のグランドプレーン13とを備えている。同
様に、第2のグランデッド・コプレナ線路20は、信号
線21の両側に且つ所定の間隔だけ離れて形成された第
3のグランドプレーン22と、誘電体基板1の一方の主
面に信号線21及び第3のグランドプレーン22に対向
する形でほぼ全面に形成された第4のグランドプレーン
23とを備えている。
【0012】実際には、図1に示すように、第1のグラ
ンドプレーン12と第4のグランドプレーン23とは電
気的且つ機械的に連続するように前記一方の主面に形成
されており、同様に、第2のグランドプレーン13と第
3のグランドプレーン22とは電気的且つ機械的に連続
するよう前記他方の主面に形成されている。
【0013】更に、図1及び図2に示すように、第1の
グランデッド・コプレナ線路10の信号線11の端部と
第2のグランデッド・コプレナ線路20の信号線21の
端部とは重なり合うように形成されており、これらの重
なり合った端部の間はビア4によって電気的に接続され
る。また、誘電体基板1の一方の主面に形成されたグラ
ンドプレーン12、23と他方の主面に形成されたグラ
ンドプレーン13、22との間は、信号線11、21の
中心線の両側に直線の列をなすように、且つこれらの列
が信号線11、21の中心線から等距離にあるように配
置された複数のグランド・ビア5によって電気的に接続
される。なお、信号線11、21の中心線に関して各側
に配置されたグランド・ビア5の相互間隔は任意でよい
が、等間隔であることが好ましい。
【0014】この発明は、グランドプレーン12、23
とグランドプレーン13、22との間を電気的に接続す
る複数のビア5と信号線11、21との距離を変化させ
ることにより、挿入損失が最も良好になる周波数帯域を
調節することが可能になるとの知見に基づいて提案され
たものである。この知見に基づいて、この発明の発明者
は、信号線11、21の中心線と該中心線の一方の側及
び他方の側に配置されたグランド・ビア5の上記中心線
に最も近い端との間の距離をL(μm)、誘電体基板1
の比誘電率をεr、挿入損失が最も良好になる周波数を
F(GHz)としたとき、
【数1】F=M0+M1L (1) ただし、M0=188−6.0εr、 M1=0.18+0.005εr が成り立つことを見出した。この式(1)を用いるなら
ば、使用周波数Fと誘電体基板の比誘電率εrとが既知
であるとき、式(1)を満足するLを求め、その値の±
5%の位置にグランド・ビア5を配置するならば、約±
5GHz程度の誤差で良好な挿入損失を得ることができ
る。
【0015】例えば、使用周波数帯域が60GHz±1
GHzで、比誘電率εrが7.5の誘電体基板を用いた
場合について式(1)によりLを求めると、Lは約58
0μmとなる。そこで、L=580(μm)として図1
〜図3に示す高周波伝送線路を作製し、その伝送特性を
求めたところ、図4に示すような挿入損失の周波数特性
を得た。
【0016】次に、同じく使用周波数帯域が60GHz
±1GHzで、比誘電率εrが7.5の誘電体基板を用
いた場合において、L=550μmの高周波伝送線路及
びL=610μmの高周波伝送線路の挿入損失の周波数
特性を求めたところ、図5のグラフを得た。なお、図5
において、aはL=580μmの、bはL=550μm
の、cはL=610μmの場合の特性である。図5のグ
ラフから、Lを±5%変化させると、中心周波数が±5
GHz程度変化すること、及び、Lが±5%変わったと
しても、使用周波数帯域60±1GHzにおける挿入損
失は−1.0dB以内という良好な値を示していること
がわかる。
【0017】更に、使用周波数帯域が60GHz±1G
Hzで、比誘電率εrが9.3の誘電体基板を用いた高
周波伝送線路の場合、式(1)によりLを求めると、L
は約540μmとなる。この高周波伝送線路の伝送特性
を求めたところ、図6に示すような挿入損失の周波数特
性が得られた。
【0018】これらの図4〜図6のグラフは、グランド
プレーンどおしを接続するグランド・ビアを、上記の式
(1)を満足するLの位置に配置することにより、使用
周波数帯域の中心周波数において最適な挿入損失を得る
ことができることを示している。
【0019】図1〜図3に示す構造の高周波伝送線路を
製造する方法は種々存在するが、例えば、ガラスセラミ
ックス等の所定の幅と厚さの誘電体シートの所定の個所
を貫通させ、そこに銀等の導体を充填し、前記誘電体シ
ートの両主面に銀等の導体ペーストを用いて、信号線と
それを取り囲むグランドプレーンとからなる所定のパタ
ーンを形成し、前記誘電体シート及び前記導体ペースト
を所定の条件において同時焼成するという工程で製造す
ることが可能である。こうした工程の結果、誘電体シー
トは厚さが0.2〜0.6mm程度の誘電体基板とな
る。
【0020】
【発明の効果】以上、この発明の1つの実施の形態を詳
細に説明したところから明らかなように、この発明は、
使用周波数と誘電体基板の比誘電率とに応じてグランド
・ビアの信号線からの位置を設定することにより、高周
波伝送線路の伝送特性を最適化することができるという
格別の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係る高周波伝送線路の1つの実施の
形態の正面図である。
【図2】図1の線A−A′に沿う断面図である。
【図3】図1の線B−B′に沿う断面図である。
【図4】この発明に係る高周波伝送線路の1つの実施例
の伝送特性を示すグラフである。
【図5】この発明に係る高周波伝送線路の伝送特性の変
化を説明するためのグラフである。
【図6】この発明に係る高周波伝送線路の他の実施例の
伝送特性を示すグラフである。
【図7】従来の高周波伝送線路の構成を概略的に示す斜
視図である。
【符号の説明】
11、21:信号線、 12、13、22、23:グラ
ンドプレーン、4:ビア、 5:グランド・ビア
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01P 3/02 H01P 1/04 H01P 3/08 H01P 5/00

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 誘電体基板の対向する2つの主面に形成
    されたグランデッド・コプレナ線路の間をビアを介して
    電気的に接続し、前記対向する主面上に形成されたグラ
    ンドプレーンの間をグランド・ビアを介して電気的に接
    続するようにした高周波伝送線路であって、 前記グランデッド・コプレナ線路の信号線の中心線と該
    中心線に最も近い前記グランド・ビア端との間の距離を
    L(μm)、前記誘電体基板の比誘電率をεr、使用周
    波数をF(GHz)としたとき、前記距離Lが F=M0+M1L ただし、M0=188−6.0・εr M1=−0.18+0.005・εr を満足する値を中心として±5%以内であることを特徴
    とする高周波伝送線路。
  2. 【請求項2】 誘電体基板の第1の主面に形成された信
    号線を有する第1のグランデッド・コプレナ線路と、 前記誘電体基板の前記第1の主面に対向する第2の主面
    に形成された信号線を有する第2のグランデッド・コプ
    レナ線路と、 前記信号線の端部間を電気的に接続するビアと、 前記第1のグランデッド・コプレナ線路と前記第2のグ
    ランデッド・コプレナ線路とのグランドプレーン間を電
    気的に接続するグランド・ビアと、を備えてなり、 前記信号線の中心線と該中心線に最も近い前記グランド
    ・ビア端との間の距離をL(μm)、前記誘電体基板の
    比誘電率をεr、使用周波数をF(GHz)としたと
    き、前記距離Lが F=M0+M1L ただし、M0=188−6.0・εr M1=−0.18+0.005・εr を満足する値を中心として±5%以内であることを特徴
    とする高周波伝送線路。
  3. 【請求項3】 誘電体基板の対向する2つの主面に、グ
    ランデッド・コプレナ線路を構成する導体パターンを形
    成する工程と、 前記グランデッド・コプレナ線路の信号線間を電気的に
    接続するビアを形成する工程と、 前記対向する主面上に形成されたグランドプレーンの間
    を電気的に接続するグランド・ビアを形成する工程であ
    って、前記信号線の中心線と該中心線に最も近い前記グ
    ランド・ビア端との間の距離をL(μm)、前記誘電体
    基板の比誘電率をεr、使用周波数をF(GHz)とし
    たとき、前記距離Lが F=M0+M1L ただし、M0=188−6.0・εr M1=−0.18+0.005・εr を満足する値を中心として±5%以内である工程と、を
    有することを特徴とする高周波伝送線路の製造方法。
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