JP6437886B2 - 高周波接続線路 - Google Patents

Description

本発明は、高周波接続線路に関し、特に異なる基板に形成された高周波線路同士を互いに当接した形態で電気的に接続する際に、高周波線路同士の接続箇所での特性インピーダンスの不整合を改善することができる高周波接続線路に関するものである。

所定の特性インピーダンスを備えた異なる基板に備えられた高周波線路を電気的に互いに接続する際、接続領域での電気的な反射量を抑圧することを目的とし、接続する領域における高周波線路の形状の最適化によって、接続後の特性インピーダンスの変化を低減させた高周波接続線路が知られている。

異なる基板に形成された高周波線路同士を接続する例としては、基板裏面にグランドプレーンを備えるグランデッドコプレーナ線路と、基板裏面にグランドプレーンを備えていないコプレーナ線路の接続が挙げられる（例えば特許文献１）。図１８（Ａ）は裏面にグランドプレーン１−４を備えたグランデッドコプレーナ線路が形成された基板１−１を上から見た上面図、図１８（Ｂ）は基板１−１を下から見た下面図である。

基板１−１の表面には、導体を所定の形状に加工したシグナルパッド１−２とグランドパッド１−３とが形成されている。シグナルパッド１−２は、導体からなる信号線路１−９と接続されている。基板１−１の裏面には、導体を所定の形状に加工したシグナルパッド１−５とグランドパッド１−８とが形成されている。グランドパッド１−８は、導体からなるグランドプレーン１−４と接続されている。表面のシグナルパッド１−２は、円筒形状のスルーホール１−６によって裏面のシグナルパッド１−５と電気的に接続されている。同様に、表面のグランドパッド１−３は、円筒形状のスルーホール１−７によって裏面のグランドパッド１−８と電気的に接続されている。

一方、基板１−１に形成されたグランデッドコプレーナ線路と接続する相手となる高周波線路は、図１９（Ｂ）に示すように、絶縁体からなるコネクタハウジング２−１と、導体を所定の形状に加工したシグナルメタル２−２およびグランドメタル２−３とからなる高周波コネクタ２である。コネクタハウジング２−１は、シグナルメタル２−２およびグランドメタル２−３を適切な配列で保持する。なお、図１９（Ａ）は図１８（Ｂ）と同じ基板の下面図である。

図２０（Ａ）は高周波コネクタ２を基板１−１の裏面に搭載した状態を示す下面図、図２０（Ｂ）は図２０（Ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。高周波コネクタ２を基板１−１の裏面に搭載すると、高周波コネクタ２のシグナルメタル２−２と基板１−１のシグナルパッド１−５とが機械的に当接することで電気的に接続され、また高周波コネクタ２のグランドメタル２−３と基板１−１のグランドパッド１−８とが機械的に当接することで電気的に接続される。

そして、対応するコネクタを高周波コネクタ２と嵌合させることにより、基板１−１から配線を引き出すことが可能になり、基板１−１に形成された高周波線路（グランデッドコプレーナ線路）と外部との電気的な接続が実現できる。

高周波コネクタ２のコネクタハウジング２−１の材料としては、コネクタ挿抜時での機械的な強度確保の目的、ならびに多様な形状の高周波コネクタハウジングを低コストで提供するために樹脂材料が使用されるのが一般的であり、その電気的な特性である比誘電率は約４であることも一般的に知られている。

しかしながら、基板１−１の高周波線路と接続される相手が高周波コネクタ２でなく別形態の高周波線路である場合、さらに、基板材料が樹脂とは異なる比較的大きな比誘電率（約９以上）を備えたセラミックやガラスである場合には、特性インピーダンスの著しい低下が発生し、基板同士の接続部における反射損失増大によって、図２０（Ａ）、図２０（Ｂ）に示したような接続形態が必ずしも適切とは限らなくなる。

図２１（Ａ）は図１８（Ｂ）と同じ基板１−１の下面図、図２１（Ｂ）はコプレーナ線路が形成された基板４−１の下面図、図２２（Ａ）は基板１−１に形成されたグランデッドコプレーナ線路と基板４−１に形成されたコプレーナ線路とを接続した状態を示す下面図、図２２（Ｂ）は図２２（Ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。基板４−１の裏面には、導体を所定の形状に加工したシグナルパッド４−２とグランドパッド４−３とが形成されている。

図２２（Ａ）、図２２（Ｂ）に示すように、基板１−１と基板４−１の裏面同士が向かい合うようにして基板１−１上に基板４−１を搭載すると、基板１−１のシグナルパッド１−５と基板４−１のシグナルパッド４−２とが機械的に当接することで電気的に接続され、また基板１−１のグランドパッド１−８と基板４−１のグランドパッド４−３とが機械的に当接することで電気的に接続される。

基板４−１の材料の比誘電率が約９以上と大きいことにより、基板１−１の高周波線路と基板４−１の高周波線路とが互いに接続された状態では、その接続箇所での電気的な容量が増大してしまう。一般的に特性インピーダンスＺ０＝√（インダクタンス／容量）の関係が成り立つため、電気的な容量の増大によって特性インピーダンスが低下する。このため、基板１−１の高周波線路と基板４−１の高周波線路との接続箇所では、特性インピーダンスの不整合が生じ、高周波信号の反射損失の増大を招き、高周波信号を通過させることが困難となる。

高周波線路同士の接続箇所での容量増大を抑圧する手法として、シグナルパッド１−２，１−５およびグランドパッド１−３，１−８のサイズを縮小する手法が一般的に知られている。ただし、シグナルパッド１−２と１−５はスルーホール１−６を介して電気的に接続されており、グランドパッド１−３と１−８もスルーホール１−７を介して電気的に接続されている。これらスルーホール１−６，１−７の内径を無限小にすることはできない。

また、製造上での公差の限界によって、スルーホール１−６，１−７の外形サイズをシグナルパッド１−２，１−５およびグランドパッド１−３，１−８の幅と同一にすることも原理的に不可能である。よって、シグナルパッド１−２，１−５およびグランドパッド１−３，１−８のサイズ縮小にはおのずと限界がある。

一方、基板４−１の高周波線路の接続箇所において、先と同様なアプローチでシグナルパッド４−２およびグランドパッド４−３のサイズを縮小すると、基板１−１のシグナルパッド１−５と基板４−１のシグナルパッド４−２との接触面積の低下および基板１−１のグランドパッド１−８と基板４−１のグランドパッド４−３との接触面積の低下によって機械的な接続安定性が低下することが考えられる。これにより、接続後のすべての高周波線路における電気的な特性の均一性の確保が困難になるという問題が発現する。

特開２００７−１２３７４１号公報

上述のように、高周波線路の接続箇所での特性インピーダンスの低下を抑圧するために行われるシグナルパッドおよびグランドパッドのサイズ縮小手法では、基板の表面のパッドと裏面のパッドとを電気的に接続するスルーホールの内径サイズに縮小の限界があり、またスルーホール形成での製造公差によりスルーホールの外形サイズをシグナルパッドおよびグランドパッドの幅と同一にすることは原理的に不可能である。

さらに、高周波線路の接続箇所の機械的強度を確保することが必要なため、接続相手の基板の高周波線路の導体サイズの縮小にも限界がある。このように従来のサイズ縮小手法には限界があり、高周波線路の接続箇所で特性インピーダンスの不連続の発生を回避することが難しいという問題点があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、異なる基板に形成された高周波線路同士を互いに当接した形態で電気的に接続する際に、高周波線路同士の接続箇所での特性インピーダンスの不整合を改善することができる高周波接続線路を提供することにある。

本発明の高周波接続線路は、第１の基板上に形成された第１の高周波線路と、前記第１の基板と異なる第２の基板上に形成され、前記第１の高周波線路と電気的に接続された第２の高周波線路とを備え、前記第１の高周波線路は、誘電体からなる前記第１の基板と、この第１の基板に形成された第１のシグナル線路と、前記第１の基板に形成された第１のグランドと、前記第１の基板に形成され、前記第１のシグナル線路と電気的に接続されたシグナルパッドと、前記第１の基板に形成され、前記第１のグランドと電気的に接続されたグランドパッドとを備え、前記第２の高周波線路は、誘電体からなる前記第２の基板と、この第２の基板に形成され、前記第１の基板と前記第２の基板とが向かい合うようにして前記第１の高周波線路と前記第２の高周波線路とが重ね合わされたときに前記シグナルパッドと当接して電気的に接続される第２のシグナル線路と、前記第２の基板に形成され、前記第１の高周波線路と前記第２の高周波線路とが重ね合わされたときに前記グランドパッドと当接して電気的に接続される第２のグランドとを備え、前記第２の基板は、比誘電率が前記第１の基板の比誘電率以上で、前記第１の基板よりも厚い誘電体からなり、前記第１の高周波線路と前記第２の高周波線路との接続領域の少なくとも一部において前記第１の基板と向かい合う表面から離れた基板内部に空洞が形成され、前記第１の基板は、端部に切欠きが形成された平面視櫛形の誘電体からなり、前記第１高周波線路は、前記第１のシグナル線路と前記第１のグランドと前記シグナルパッドと前記グランドパッドとが前記切欠きの延伸方向に沿って前記第１の基板に形成されることにより、前記第２の高周波線路と重ね合わされる端部が櫛形の形状を有することを特徴とするものである。

また、本発明の高周波接続線路の１構成例において、前記第２の基板は、さらに、前記第１の高周波線路と前記第２の高周波線路との接続領域の近傍において前記第１の基板と向かい合う表面に形成された凹部を備え、前記第２のシグナル線路と前記第２のグランドとは、前記第１の高周波線路と前記第２の高周波線路とが重ね合わされたときに前記切欠きと対応する位置に、前記第２のシグナル線路と前記第２のグランドとが存在しない空隙が生じ、この空隙が前記凹部と連通するように前記第２の基板に形成され、前記切欠きの位置と前記空隙の位置とが一致するように前記第１の高周波線路と前記第２の高周波線路とが重ね合わされたときに、前記切欠きと前記空隙と前記凹部とが連通することを特徴とするものである。

また、本発明の高周波接続線路の１構成例において、前記第１の高周波線路は、さらに、前記グランドパッドと電気的に接続されたグランドプレーンを備え、前記第１の基板の前記第２の基板と向かい合う面に前記シグナルパッドと前記グランドパッドと前記グランドプレーンとが形成され、この面と反対側の面に前記第１のシグナル線路と前記第１のグランドとが形成されたグランデットコプレーナ線路であり、前記第２の高周波線路は、前記第２の基板の前記第１の基板と向かい合う面に前記第２のシグナル線路と前記第２のグランドとが形成されたコプレーナ線路である。
また、本発明の高周波接続線路の１構成例において、前記第１の高周波線路は、さらに、前記グランドパッドと電気的に接続されたグランドプレーンを備え、前記第１の基板の前記第２の基板と向かい合う面に前記シグナルパッドと前記グランドパッドと前記グランドプレーンとが形成され、この面と反対側の面のうち前記第２の高周波線路との接続領域に前記第１のシグナル線路と前記第１のグランドとが形成され、前記接続領域以外の領域には前記第１のシグナル線路のみが形成されたマイクロストリップ線路であり、前記第２の高周波線路は、前記第２の基板の前記第１の基板と向かい合う面に前記第２のシグナル線路と前記第２のグランドとが形成されたコプレーナ線路である。

本発明によれば、第１の基板に形成された第１のシグナル線路と第１のグランドとシグナルパッドとグランドパッドとを備えた第１の高周波線路と、第２の基板に形成された第２のシグナル線路と第２のグランドとを備えた第２の高周波線路を、互いに当接した形態で電気的に接続する高周波接続線路において、第２の基板の第１の高周波線路との接続領域の少なくとも一部において第１の基板と向かい合う表面から離れた基板内部に空洞を形成することにより、第２の基板の実効的な誘電率を低下させることができ、第１の高周波線路と第２の高周波線路との接続箇所での電気的容量の増大を抑制することができるので、この接続箇所での第１、第２の高周波線路の特性インピーダンスを概ね所望の値（例えば５０Ω）に維持することが可能となる。その結果、本発明では、第２の基板の材料として比誘電率が大きい材料を用いる場合の接続箇所での特性インピーダンスの不整合を改善することができる。

また、本発明では、第１の基板の材料を、端部に切欠きが形成された平面視櫛形の誘電体とし、第１高周波線路の端部を櫛形の形状とすることにより、第１の基板の実効的な誘電率を低下させることができ、第１の高周波線路と第２の高周波線路との接続箇所での電気的容量の増大を抑制することができるので、接続箇所での特性インピーダンスの不整合を更に改善することができる。

また、本発明では、第１の高周波線路と第２の高周波線路との接続領域の近傍において第１の基板と向かい合う第２の基板の表面に凹部を形成し、第１の高周波線路と第２の高周波線路とが重ね合わされたときに切欠きと対応する位置に空隙が生じ、この空隙が凹部と連通するように第２のシグナル線路と第２のグランドとを第２の基板に形成することにより、第１の高周波線路と第２の高周波線路とをはんだ接続する際に生じる液状化したフラックスを切欠きと空隙とから構成される細い溝による毛細管現象によって第２の基板の凹部に誘導するので、はんだ接続後の冷却時にフラックスを凹部の内部で安定硬化させることができ、第１の高周波線路と第２の高周波線路との接続箇所に残って硬化するフラックスの残渣を減らすことができる。その結果、本発明では、第１の高周波線路と第２の高周波線路との接続箇所での電気的容量の増大を抑制することができ、この接続箇所での第１、第２の高周波線路の特性インピーダンスを概ね所望の値（例えば５０Ω）に維持することが可能となる。したがって、本発明では、無洗浄のままであっても信号の高周波損失を低減させることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る高周波接続線路を構成する、第１の基板に形成される高周波線路の分解斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に係る高周波接続線路を構成する、第１の基板に形成される高周波線路の斜視図および上面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る第２の基板の斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に係る高周波接続線路を構成する、第２の基板に形成される高周波線路の分解斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に係る高周波接続線路を構成する、第２の基板に形成される高周波線路の斜視図および上面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る高周波接続線路の分解斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に係る高周波接続線路の斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に係る高周波接続線路の上面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る高周波接続線路の断面図である。 従来の高周波接続線路および本発明の第１の実施の形態に係る高周波接続線路の反射損失特性、通過損失特性を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る高周波接続線路を構成する、第１の基板に形成される高周波線路の分解斜視図である。 本発明の第２の実施の形態に係る高周波接続線路を構成する、第１の基板に形成される高周波線路の斜視図である。 本発明の第２の実施の形態に係る高周波接続線路の分解斜視図である。 本発明の第２の実施の形態に係る高周波接続線路の斜視図である。 本発明の第２の実施の形態に係る高周波接続線路の上面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る高周波接続線路の断面図である。 従来の高周波接続線路および本発明の第２の実施の形態に係る高周波接続線路の反射損失特性、通過損失特性を示す図である。 グランデッドコプレーナ線路が形成された従来の基板の上面図および下面図である。 グランデッドコプレーナ線路が形成された従来の基板の下面図および高周波コネクタの上面図である。 高周波コネクタを基板の裏面に搭載した状態を示す下面図および断面図である。 グランデッドコプレーナ線路が形成された従来の基板の下面図およびコプレーナ線路が形成された従来の基板の下面図である。 異なる基板に形成された高周波線路同士を接続した状態を示す下面図および断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。以下の実施の形態では、特性インピーダンスが５０Ωに設定された高周波接続線路を例に挙げて説明する。なお、以下の実施の形態では、第１の基板の材料をポリイミド（比誘電率４）、第２の基板の材料をアルミナセラミクス（比誘電率９．８）としているが、決してこれに限らず、第１の基板の材料を石英ガラス（比誘電率３．５）、第２の基板の材料を化合物半導体ＩｎＰ（比誘電率１２．４）としてもよく、第２の基板の材料の比誘電率が第１の基板の材料の比誘電率以上であるという大小関係が維持されれば、あらゆる材料に本発明を適用できることは言うまでもない。

［第１の実施の形態］
図１は本発明の第１の実施の形態に係る高周波接続線路を構成する、第１の基板に形成される高周波線路の分解斜視図である。図１に示すように、平板状の絶縁体からなる第１の基板６−１には、導体からなるシグナルスルーホール６−７およびグランドスルーホール６−８が複数埋め込まれている。

第１の基板６−１の表面には、導体からなるシグナル線路６−２と、同じく導体からなるグランド６−３とが形成される。第１の基板６−１の裏面には、シグナル線路６−２と対応して設けられる、導体からなるシグナルパッド６−４と、グランド６−３と対応して設けられる、導体からなるグランドパッド６−５と、比較的広い面積を備えた導体からなるグランドプレーン６−６とが形成される。グランドパッド６−５はグランドプレーン６−６と接続されている。

表面のシグナル線路６−２は、上記のシグナルスルーホール６−７によって裏面のシグナルパッド６−４と電気的に接続されている。同様に、表面のグランド６−３は、グランドスルーホール６−８によって裏面のグランドパッド６−５およびグランドプレーン６−６と電気的に接続されている。

以上のような構造により、図２（Ａ）の斜視図および図２（Ｂ）の上面図で示すような高周波線路７−１が第１の基板６−１に形成される。高周波線路７−１は、基板裏面にグランドプレーン６−６を備えたグランデッドコプレーナ線路である。

第１の基板６−１には、後述する第２の基板との接続箇所に平面視長方形の切欠き７−２が形成されている。つまり、第１の基板６−１は、図１に示すように端部に切欠き７−２が形成された平面視櫛形の形状を有している。

シグナル線路６−２、グランド６−３、シグナルパッド６−４およびグランドパッド６−５は切欠き７−２の延伸方向（図２（Ｂ）右方向）に沿って切欠き７−２を避けるように形成されるので、第２の基板との接続箇所におけるシグナル線路６−２とグランド６−３との間の領域およびシグナルパッド６−４とグランドパッド６−５との間の領域には第１の基板６−１の材料が存在しない。したがって、高周波線路７−１の端部は、全体として櫛形の外観を呈している。

図１、図２（Ａ）、図２（Ｂ）の例では、切欠き７−２が２個設けられているが、切欠き７−２は複数個でなくてもよく、少なくともシグナル線路６−２とグランド６−３との間の空隙の数だけ形成すればよい。シグナル線路６−２とグランド６−３とが１本ずつとすれば、切欠き７−２の最低数は１である。

図３は本実施の形態の第２の基板８−１の斜視図である。上記のとおり、第２の基板８−１の比誘電率は第１の基板６−１の比誘電率以上であり、また第２の基板８−１は第１の基板６−１よりも厚いものであればよい。

平板状の絶縁体からなる第２の基板８−１には、第１の基板６−１の高周波線路７−１との接続領域の少なくとも一部において第１の基板６−１と向かい合う表面から離れた基板内部に空洞８−２が形成されている。空洞８−２の具体的な形成方法としては、第２の基板８−１の材料を選択的に除去すればよく、例えば第１の基板６−１と第２の基板８−２の積層方向（図３上下方向）と直交する方向に第２の基板８−１を貫通する貫通穴を設けるようにすればよい。また、第２の基板８−１には、第１の基板６−１の高周波線路７−１との接続領域の近傍において第１の基板６−１と向かい合う表面に凹部８−３が形成されている。

図４は本実施の形態の高周波接続線路を構成する、第２の基板８−１に形成される高周波線路１０−１の分解斜視図、図５（Ａ）は高周波線路１０−１の斜視図、図５（Ｂ）は高周波線路１０−１の上面図である。第１の基板６−１と対向する側の第２の基板８−１の表面には、導体からなるシグナル線路９−１と、同じく導体からなるグランド９−２とが形成される。

シグナル線路９−１は、第１の基板６−１と第２の基板８−１とが重ね合わされたときに少なくとも一部が第１の基板６−１のシグナルパッド６−４と当接するように形成される。グランド９−２は、第１の基板６−１と第２の基板８−１とが重ね合わされたときに少なくとも一部が第１の基板６−１のグランドパッド６−５と当接するように形成される。

また、第１の基板６−１と対向する側の第２の基板８−１の表面には、第１の基板６−１と第２の基板８−１とが重ね合わされたときに第１の基板６−１の切欠き７−２と対応する位置に、シグナル線路９−１とグランド９−２とが形成されない空隙９−３が存在する。シグナル線路９−１とグランド９−２とは切欠き７−２の延伸方向（図５（Ｂ）右方向）に沿って形成され、この延伸方向の先のシグナル線路９−１が途切れる箇所に凹部８−３があって、空隙９−３と凹部８−３とが連通するようになっている。

以上のような構造により、図５（Ａ）の斜視図および図５（Ｂ）の上面図で示すような高周波線路１０−１が第２の基板８−１に形成される。高周波線路１０−１は、基板表面にシグナル線路９−１とグランド９−２とが形成されるコプレーナ線路である。

シグナル線路９−１とグランド９−２とは第１の基板６−１のシグナルパッド６−４とグランドパッド６−５とに対応して設けられ、シグナルパッド６−４とグランドパッド６−５とはシグナル線路６−２とグランド６−３とに対応して設けられるのであるから、シグナル線路９−１とグランド９−２との間の空隙９−３の数は第１の基板６−１の切欠き７−２の数と等しい。

図６は、本実施の形態の高周波接続線路の分解斜視図である。高周波線路７−１と高周波線路１０−１とを接続するには、高周波線路７−１の切欠き７−２の位置と高周波線路１０−１の空隙９−３の位置とが概ね一致するように、高周波線路７−１を高周波線路１０−１の上に載置し、高周波線路７−１のシグナルパッド６−４と高周波線路１０−１のシグナル線路９−１との間、および高周波線路７−１のグランドパッド６−５と高周波線路１０−１のグランド９−２との間をはんだ等によって接続すればよい。こうして、図７の斜視図で示すような高周波接続線路１２−１が完成する。

図８は本実施の形態の高周波接続線路１２−１の上面図、図９は図８の高周波接続線路１２−１のＡ−Ａ’線断面図である。図９に示すように、シグナル線路９−１の中心線とグランド９−２の中心線間の距離をｗ１、シグナルパッド６−４の中心線とグランドパッド６−５の中心線間の距離をｗ２とすると、ｗ１とｗ２は等しい。これにより、高周波線路７−１の切欠き７−２の位置と高周波線路１０−１の空隙９−３の位置とが概ね一致するように、高周波線路７−１を高周波線路１０−１の上に載置すると、高周波線路７−１のシグナルパッド６−４と高周波線路１０−１のシグナル線路９−１とが当接すると共に、高周波線路７−１のグランドパッド６−５と高周波線路１０−１のグランド９−２とが当接する。

空洞８−２は、第２の基板８−１の全領域のうち、高周波線路７−１と高周波線路１０−１との接続が行われる領域（図８の１２−３）に形成される。ただし、図９に示すように、第２の基板８−１のうち空洞８−２の上に位置する表面に近い部分の厚みをｈ、空洞８−２の深さをｄとしたとき、ｄ≧ｈの関係が維持されるよう、空洞８−２が形成されている。空洞８−２の中は空気、あるいは真空となっており、空洞８−２の電気的な特性である比誘電率は１である。したがって、領域１２−３で形成される電気的な容量は、空洞８−２が第２の基板８−１の材料で充填されている場合よりも十分低下する。

こうして、本実施の形態では、第２の基板８−１に空洞８−２を形成することにより、高周波線路７−１と高周波線路１０−１との接続箇所での電気的容量の増大を抑制することができるので、この接続箇所での高周波線路７−１，１０−１の特性インピーダンスを概ね所望の値（本実施の形態では５０Ω）に維持することが可能となり、第２の基板８−１の材料として比誘電率が大きい材料を用いる場合の接続箇所での特性インピーダンスの不整合を改善することができる。

また、図２１（Ａ）、図２１（Ｂ）、図２２（Ａ）、図２２（Ｂ）に示した従来の高周波接続線路において、基板１−１のシグナルパッド１−５と基板４−１のシグナルパッド４−２の半永久的な接続、および基板１−１のグランドパッド１−８と基板４−１のグランドパッド４−３の半永久的な接続の手法としてはんだ接続を採用すると、はんだ接続工程で発生する液状化したフラックスが図２２（Ｂ）の５−１で示す空隙に留まり硬化する。フラックスの主成分は松脂等の樹脂を主体としている。つまり、フラックスの残留は基板１−１の高周波線路と基板４−１の高周波線路との接続箇所に樹脂材料がさらに充填されることを意味するため、接続箇所での電気的容量が増大することになる。

上記のとおり、特性インピーダンスＺ０＝√（インダクタンス／容量）の関係が成り立つため、基板１−１の高周波線路と基板４−１の高周波線路との接続箇所で電気的容量が増大すると、特性インピーダンスが低下し、特性インピーダンスの不整合を接続箇所で生じさせてしまう。

これに対して、本実施の形態においても、高周波線路７−１のシグナルパッド６−４と高周波線路１０−１のシグナル線路９−１との間、および高周波線路７−１のグランドパッド６−５と高周波線路１０−１のグランド９−２との間をはんだで接続する工程の際に、液状化したフラックスがはんだから染み出してくる。

ただし、本実施の形態では、櫛形の高周波線路７−１の切欠き７−２と高周波線路１０−１の空隙９−３とが細い溝を形成しており、この溝が毛細管現象を誘発することで、液状化したフラックスがこの溝に一定量留まろうとするが、フラックスが空隙９−３を伝わって第２の基板８−１の凹部８−３にも濡れ広がると、重力、表面張力の両者によって、フラックスの大半が凹部８−３に流れ込む。

このように、本実施の形態では、液状化したフラックスを切欠き７−２と空隙９−３とから構成される細い溝による毛細管現象によって第２の基板８−１の凹部８−３に誘導するので、はんだ接続後の冷却時にフラックスを凹部８−３の内部で安定硬化させることができ、高周波線路７−１と高周波線路１０−１との接続箇所に残って硬化するフラックスの残渣を減らすことができる。その結果、本実施の形態では、高周波線路７−１と高周波線路１０−１との接続箇所での電気的容量の増大を抑制することができ、この接続箇所での高周波線路７−１，１０−１の特性インピーダンスを概ね５０Ωに維持することが可能となる。したがって、無洗浄のままであっても信号の高周波損失を低減させることができる。

図１０に本実施の形態および従来の高周波接続線路の反射損失特性、通過損失特性を示す。ここでは、第１の基板６−１の誘電体材料をポリイミド（比誘電率４．４）、第２の基板８−１の誘電体材料をアルミナセラミクス（比誘電率９．４）としている。第１の基板６−１の厚みは一般的なフレキシブル基板の厚みであり、約０．０５ｍｍである。

第１の基板６−１の高周波線路７−１に備えられたシグナル線路６−２の幅は０．１５ｍｍ、シグナル線路６−２とグランド６−３とのギャップは０．０８ｍｍである。シグナルパッド６−４の幅とシグナル線路６−２の幅は同一となっている。また、第１の基板６−１のシグナルパッド６−４の幅と第２の基板８−１の高周波線路１０−１に備えられたシグナル線路９−１の幅も同一である。さらに、第２の基板８−１の高周波線路１０−１に備えられたシグナル線路９−１とグランド９−２とのギャップ（空隙９−３の幅）は、第１の基板６−１の高周波線路７−１に備えられたシグナル線路６−２とグランド６−３とのギャップと同一であり、０．０８ｍｍとしている。

同様に、図２１（Ａ）、図２１（Ｂ）、図２２（Ａ）、図２２（Ｂ）に示した従来の高周波接続線路においては、基板１−１の高周波線路に備えられたシグナルパッド１−２の幅を０．１５ｍｍ、シグナルパッド１−２とグランドパッド１−３とのギャップを０．０８ｍｍとしている。シグナルパッド１−５の幅とシグナルパッド１−２の幅は同一となっている。また、基板１−１のシグナルパッド１−５の幅と基板４−１の高周波線路に備えられたシグナルパッド４−２の幅も同一である。さらに、基板４−１の高周波線路に備えられたシグナルパッド４−２とグランドパッド４−３とのギャップは、基板１−１の高周波線路に備えられたシグナルパッド１−２とグランドパッド１−３とのギャップと同一であり、０．０８ｍｍとしている。

図１０における１００は従来の高周波接続線路の反射損失特性を示し、１０１は本実施の形態の高周波接続線路の反射損失特性を示し、１０２は従来の高周波接続線路の通過損失特性を示し、１０３は本実施の形態の高周波接続線路の通過損失特性を示している。図１０から明らかなように、本実施の形態によれば、高周波線路７−１と高周波線路１０−１との接続箇所での特性インピーダンスの不整合の改善効果により、従来の高周波接続線路と比較して、反射損失、通過損失が改善されていることが分かる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図１１は本発明の第２の実施の形態に係る高周波接続線路を構成する、第１の基板に形成される高周波線路の分解斜視図である。図１１に示すように、平板状の絶縁体からなる第１の基板１５−１には、導体からなるシグナルスルーホール１５−７およびグランドスルーホール１５−８が複数埋め込まれている。

第１の基板１５−１の表面には、導体からなるシグナル線路１５−２と、同じく導体からなるグランド１５−３とが形成される。第１の基板１５−１の裏面には、シグナル線路１５−２と対応して設けられる、導体からなるシグナルパッド１５−４と、グランド１５−３と対応して設けられる、導体からなるグランドパッド１５−５と、比較的広い面積を備えた導体からなるグランドプレーン１５−６とが形成される。グランドパッド１５−５はグランドプレーン１５−６と接続されている。

表面のシグナル線路１５−２は、シグナルスルーホール１５−７によって裏面のシグナルパッド１５−４と電気的に接続されている。同様に、表面のグランド１５−３は、グランドスルーホール１５−８によって裏面のグランドパッド１５−５およびグランドプレーン１５−６と電気的に接続されている。

グランド１５−３は第２の基板８−１との接続箇所のみに形成されており、第２の基板８−１との接続箇所以外の領域（グランドプレーン１５−６が形成されている領域）ではシグナル線路１５−２のみが形成されている。したがって、グランドプレーン１５−６の上方に位置するシグナル線路１５−２のみの領域では、高周波線路はマイクロストリップ線路構造となっている。

以上のような構造により、図１２の斜視図で示すような高周波線路１６−１が第１の基板１５−１に形成される。第１の基板１５−１には、第２の基板８−１との接続箇所に平面視長方形の切欠き１６−２が形成されている。つまり、第１の基板１５−１は、図１１に示すように端部に切欠き１６−２が形成された平面視櫛形の形状を有している。

シグナル線路１５−２、グランド１５−３、シグナルパッド１５−４およびグランドパッド１５−５は切欠き１６−２の延伸方向に沿って切欠き１６−２を避けるように形成されるので、第２の基板８−１との接続箇所におけるシグナル線路６−２とグランド６−３との間の領域およびシグナルパッド６−４とグランドパッド６−５との間の領域には第１の基板１５−１の材料が存在しない。したがって、高周波線路１６−１の端部は、全体として櫛形の外観を呈している。

図１１、図１２の例では、切欠き１６−２が２個設けられているが、切欠き１６−２は複数個でなくてもよく、少なくともシグナル線路１５−２とグランド１５−３との間の空隙の数だけ形成すればよい。シグナル線路１５−２とグランド１５−３とが１本ずつとすれば、切欠き１６−２の最低数は１である。

図１３は、本実施の形態の高周波接続線路の分解斜視図である。第２の基板８−１に形成される高周波線路１０−１については、第１の実施の形態で説明したとおりであるので、詳細な説明は省略する。

第１の実施の形態と同様に、第２の基板８−１のシグナル線路９−１とグランド９−２とは第１の基板１５−１のシグナルパッド１５−４とグランドパッド１５−５とに対応して設けられ、シグナルパッド１５−４とグランドパッド１５−５とはシグナル線路１５−２とグランド１５−３とに対応して設けられるのであるから、シグナル線路９−１とグランド９−２との間の空隙９−３の数は第１の基板１５−１の切欠き１６−２の数と等しい。

高周波線路１６−１と高周波線路１０−１とを接続するには、高周波線路１６−１の切欠き１６−２の位置と高周波線路１０−１の空隙９−３の位置とが概ね一致するように、高周波線路１６−１を高周波線路１０−１の上に載置し、高周波線路１６−１のシグナルパッド１５−４と高周波線路１０−１のシグナル線路９−１との間、および高周波線路１６−１のグランドパッド１５−５と高周波線路１０−１のグランド９−２との間をはんだ等によって接続すればよい。こうして、図１４の斜視図で示すような高周波接続線路１８−１が完成する。

図１５は本実施の形態の高周波接続線路１８−１の上面図、図１６は図１５の高周波接続線路１８−１のＡ−Ａ’線断面図である。第１の実施の形態と同様に、シグナル線路９−１の中心線とグランド９−２の中心線間の距離をｗ１、シグナルパッド１５−４の中心線とグランドパッド１５−５の中心線間の距離をｗ２とすると、ｗ１とｗ２は等しい。これにより、高周波線路１６−１の切欠き１６−２の位置と高周波線路１０−１の空隙９−３の位置とが概ね一致するように、高周波線路１６−１を高周波線路１０−１の上に載置すると、高周波線路１６−１のシグナルパッド１５−４と高周波線路１０−１のシグナル線路９−１とが当接すると共に、高周波線路１６−１のグランドパッド１５−５と高周波線路１０−１のグランド９−２とが当接する。

空洞８−２は、第２の基板８−１の全領域のうち、高周波線路１６−１と高周波線路１０−１との接続が行われる領域（図１５の１９−３）に形成される。第１の実施の形態と同様に、第２の基板８−１のうち空洞８−２の上に位置する表面に近い部分の厚みをｈ、空洞８−２の深さをｄとしたとき、ｄ≧ｈの関係が維持されるよう、空洞８−２が形成されている。空洞８−２の中は空気、あるいは真空となっており、空洞８−２の電気的な特性である比誘電率は１である。したがって、領域１９−３で形成される電気的な容量は、空洞８−２が第２の基板８−１の材料で充填されている場合よりも十分低下する。

以上のように、本実施の形態においても、第２の基板８−１に空洞８−２を形成することにより、高周波線路１６−１と高周波線路１０−１との接続箇所での電気的容量の増大を抑制することができるので、第２の基板８−１の材料として比誘電率が大きい材料を用いる場合の接続箇所での特性インピーダンスの不整合を改善することができる。

また、本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、高周波線路１６−１のシグナルパッド１５−４と高周波線路１０−１のシグナル線路９−１との間、および高周波線路１６−１のグランドパッド１５−５と高周波線路１０−１のグランド９−２との間をはんだで接続する工程の際に、液状化したフラックスがはんだから染み出してくる。櫛形の高周波線路１６−１の切欠き１６−２と高周波線路１０−１の空隙９−３とが細い溝を形成しており、この溝が毛細管現象を誘発することで、液状化したフラックスがこの溝に一定量留まろうとするが、フラックスが空隙９−３を伝わって第２の基板８−１の凹部８−３にも濡れ広がると、重力、表面張力の両者によって、フラックスの大半が凹部８−３に流れ込む。

このように、本実施の形態では、液状化したフラックスを切欠き１６−２と空隙９−３とから構成される細い溝による毛細管現象によって第２の基板８−１の凹部８−３に誘導するので、はんだ接続後の冷却時にフラックスを凹部８−３の内部で安定硬化させることができ、高周波線路１６−１と高周波線路１０−１との接続箇所に残って硬化するフラックスの残渣を減らすことができる。その結果、本実施の形態では、高周波線路１６−１と高周波線路１０−１との接続箇所での電気的容量の増大を抑制することができ、この接続箇所での高周波線路１６−１，１０−１の特性インピーダンスを概ね５０Ωに維持することが可能となる。

図１７に本実施の形態および従来の高周波接続線路の反射損失特性、通過損失特性を示す。ここでは、第１の基板１５−１の誘電体材料をポリイミド（比誘電率４．４）、第２の基板８−１の誘電体材料をアルミナセラミクス（比誘電率９．４）としている。第１の基板１５−１の厚みは一般的なフレキシブル基板の厚みであり、約０．０５ｍｍである。

第１の基板１５−１の高周波線路１６−１に備えられたシグナル線路１５−２の幅は０．１５ｍｍ、シグナル線路１５−２とグランド１５−３とのギャップは０．０８ｍｍである。シグナルパッド１５−４の幅とシグナル線路１５−２の幅は同一となっている。また、第１の基板１５−１のシグナルパッド１５−４の幅と第２の基板８−１の高周波線路１０−１に備えられたシグナル線路９−１の幅も同一である。さらに、第２の基板８−１の高周波線路１０−１に備えられたシグナル線路９−１とグランド９−２とのギャップ（空隙９−３の幅）は、第１の基板１５−１の高周波線路１６−１に備えられたシグナル線路１５−２とグランド１５−３とのギャップと同一であり、０．０８ｍｍとしている。

同様に、図２１（Ａ）、図２１（Ｂ）、図２２（Ａ）、図２２（Ｂ）に示した従来の高周波接続線路においては、基板１−１の高周波線路に備えられたシグナルパッド１−２の幅を０．１５ｍｍ、シグナルパッド１−２とグランドパッド１−３とのギャップを０．０８ｍｍとしている。シグナルパッド１−５の幅とシグナルパッド１−２の幅は同一となっている。また、基板１−１のシグナルパッド１−５の幅と基板４−１の高周波線路に備えられたシグナルパッド４−２の幅も同一である。さらに、基板４−１の高周波線路に備えられたシグナルパッド４−２とグランドパッド４−３とのギャップは、基板１−１の高周波線路に備えられたシグナルパッド１−２とグランドパッド１−３とのギャップと同一であり、０．０８ｍｍとしている。

図１７における２００は従来の高周波接続線路の反射損失特性を示し、２０１は本実施の形態の高周波接続線路の反射損失特性を示し、２０２は従来の高周波接続線路の通過損失特性を示し、２０３は本実施の形態の高周波接続線路の通過損失特性を示している。図１７から明らかなように、本実施の形態によれば、高周波線路１６−１と高周波線路１０−１との接続箇所での特性インピーダンスの不整合の改善効果により、従来の高周波接続線路と比較して、反射損失、通過損失が改善されていることが分かる。

なお、第１、第２の実施の形態において、第２の基板８−１に空洞８−２を設けることによる、高周波線路７−１，１６−１と高周波線路１０−１との接続箇所での特性インピーダンスの不整合の改善効果は、高周波線路７−１，１６−１と高周波線路１０−１との接続にはんだ以外の接続手法を用いる場合においても同様に適用可能である。

本発明は、高周波線路同士を接続する技術に適用することができる。

６−１，１５−１…第１の基板、６−２，９−１，１５−２…シグナル線路、６−３，９−２，１５−３…グランド、６−４，１５−４…シグナルパッド、６−５，１５−５…グランドパッド、６−６，１５−６…グランドプレーン、６−７，１５−７…シグナルスルーホール、６−８，１５−８…グランドスルーホール、７−１，１０−１，１６−１…高周波線路、７−２，１６−２…切欠き、８−１…第２の基板、８−２…空洞、８−３…凹部、９−３…空隙、１２−１，１８−１…高周波接続線路。

Claims (4)

1. 第１の基板上に形成された第１の高周波線路と、
   前記第１の基板と異なる第２の基板上に形成され、前記第１の高周波線路と電気的に接続された第２の高周波線路とを備え、
   前記第１の高周波線路は、
   誘電体からなる前記第１の基板と、
   この第１の基板に形成された第１のシグナル線路と、
   前記第１の基板に形成された第１のグランドと、
   前記第１の基板に形成され、前記第１のシグナル線路と電気的に接続されたシグナルパッドと、
   前記第１の基板に形成され、前記第１のグランドと電気的に接続されたグランドパッドとを備え、
   前記第２の高周波線路は、
   誘電体からなる前記第２の基板と、
   この第２の基板に形成され、前記第１の基板と前記第２の基板とが向かい合うようにして前記第１の高周波線路と前記第２の高周波線路とが重ね合わされたときに前記シグナルパッドと当接して電気的に接続される第２のシグナル線路と、
   前記第２の基板に形成され、前記第１の高周波線路と前記第２の高周波線路とが重ね合わされたときに前記グランドパッドと当接して電気的に接続される第２のグランドとを備え、
   前記第２の基板は、比誘電率が前記第１の基板の比誘電率以上で、前記第１の基板よりも厚い誘電体からなり、前記第１の高周波線路と前記第２の高周波線路との接続領域の少なくとも一部において前記第１の基板と向かい合う表面から離れた基板内部に空洞が形成され、
   前記第１の基板は、端部に切欠きが形成された平面視櫛形の誘電体からなり、
   前記第１高周波線路は、前記第１のシグナル線路と前記第１のグランドと前記シグナルパッドと前記グランドパッドとが前記切欠きの延伸方向に沿って前記第１の基板に形成されることにより、前記第２の高周波線路と重ね合わされる端部が櫛形の形状を有することを特徴とする高周波接続線路。
2. 請求項１記載の高周波接続線路において、
   前記第２の基板は、さらに、前記第１の高周波線路と前記第２の高周波線路との接続領域の近傍において前記第１の基板と向かい合う表面に形成された凹部を備え、
   前記第２のシグナル線路と前記第２のグランドとは、前記第１の高周波線路と前記第２の高周波線路とが重ね合わされたときに前記切欠きと対応する位置に、前記第２のシグナル線路と前記第２のグランドとが存在しない空隙が生じ、この空隙が前記凹部と連通するように前記第２の基板に形成され、
   前記切欠きの位置と前記空隙の位置とが一致するように前記第１の高周波線路と前記第２の高周波線路とが重ね合わされたときに、前記切欠きと前記空隙と前記凹部とが連通することを特徴とする高周波接続線路。
3. 請求項１または２記載の高周波接続線路において、
   前記第１の高周波線路は、さらに、前記グランドパッドと電気的に接続されたグランドプレーンを備え、前記第１の基板の前記第２の基板と向かい合う面に前記シグナルパッドと前記グランドパッドと前記グランドプレーンとが形成され、この面と反対側の面に前記第１のシグナル線路と前記第１のグランドとが形成されたグランデットコプレーナ線路であり、
   前記第２の高周波線路は、前記第２の基板の前記第１の基板と向かい合う面に前記第２のシグナル線路と前記第２のグランドとが形成されたコプレーナ線路であることを特徴とする高周波接続線路。
4. 請求項１または２記載の高周波接続線路において、
   前記第１の高周波線路は、さらに、前記グランドパッドと電気的に接続されたグランドプレーンを備え、前記第１の基板の前記第２の基板と向かい合う面に前記シグナルパッドと前記グランドパッドと前記グランドプレーンとが形成され、この面と反対側の面のうち前記第２の高周波線路との接続領域に前記第１のシグナル線路と前記第１のグランドとが形成され、前記接続領域以外の領域には前記第１のシグナル線路のみが形成されたマイクロストリップ線路であり、
   前記第２の高周波線路は、前記第２の基板の前記第１の基板と向かい合う面に前記第２のシグナル線路と前記第２のグランドとが形成されたコプレーナ線路であることを特徴とする高周波接続線路。

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