JP7713142B2 - 高周波線路接続構造 - Google Patents

Description

本発明は、延伸方向が互いに異なる高周波線路を接続する高周波線路接続構造に関するものである。

高速・広帯域を特徴とする光通信網の構築例においては、広帯域高周波増幅器や光送受信器等のモジュールが多数導入されている。それらのモジュールの内部、および外部では、高周波信号を低損失、かつ低反射損失で伝送可能とする多数の高周波線路が比較的高密度に実装されている。それらの高周波線路は、同一水平面内で屈曲なしのストレート型配線形状のみで構成されることは少ない。近年では、モジュールの内部および外部での３次元の部品実装の加速化に伴い、高周波線路がより複雑な配線形状を呈するようになっている。

一方、従来から用いられる技術ではあるが、同一平面内に形成された高周波線路を直角に屈曲させる際に、例えばマイクロストリップ線路の直角の屈曲部の面取りが広く行われている（非特許文献１参照）。面取り処理によって、屈曲部でのメタル面積の拡大による高周波線路の実効的な低インピーダンス化を抑制することが可能となる。この低インピーダンス化抑制効果により、屈曲部における高周波信号の低反射損失特性が得られ、屈曲部を含めて高周波線路全体にわたる所望のインピーダンス整合が得られることが広く知られている。

また、異なるモジュール間、あるいはモジュール内部の部品間を接続する高周波線路は、前述のように、必ずしも同一面内のみで形成されるとは限らない。高周波線路の配線設計の自由度向上を目的とし、異なる層間の接続構造を介して高周波線路が形成されるケースも多くみられている。リジッド基板での層間接続では、主にスタブ構造についての多くの議論がなされている。スタブの長さを短くすることで、高周波特性が改善することが広く知られている（非特許文献２参照）。

マイクロストリップ線路を構成する絶縁層の厚みが３０μｍや１００μｍであれば、面取り処理によって最終的に得られる屈曲線路幅が製造限界に近づくことはない。しかしながら、近年みられるＲＤＬ（Re-Distributed Layer）などの高密度高周波配線では、絶縁層の厚みが数μｍ程度に薄膜化され、それに伴ってマイクロストリップ線路の幅も数μｍと製造限界に近い領域に近接する傾向がみられている。

ＲＤＬのような高密度配線では、高周波線路の屈曲部に対して面取りの構造を導入するのは製造限界を超える場合が想定される。このため、屈曲部での特性インピーダンス整合は容易ではない。

ＲＤＬを用いた現状での製品ベースでは、高周波線路を伝搬する高周波信号のビットレートが数Ｇｂｐｓに収まっている。さらに、ＲＤＬにおける高周波線路の線路長も、現状では高周波信号の管内波長と比較して短い値となっている。したがって、上記の特性インピーダンス不整合は、今の段階では問題として広く認知されるには至ってはいない。しかしながら、将来の広帯域化や、ＲＤＬの大面積化に伴う高周波線路長の延伸化に際して、高周波線路の屈曲部での特性インピーダンス不整合は、避けては通れない課題となる可能性がある。

また、層間の接続構造のケースでは、上記のスタブの長さをゼロとしても、将来の広帯域化に際しては必ずしも十分ではない。その理由は、高周波線路が３次元空間内で異なる方向に屈曲する際、２次元平面内でのマイクロストリップ線路の屈曲の場合と同様に、屈曲した領域において実効的な容量性が発現し、特性インピーダンスの低下が生じるためである。

多層の絶縁体に埋め込まれた高周波線路を異なる層間の接続のために屈曲させる場合は、一般的に疑似同軸線路構造を導入することになる。同一面内でのマイクロストリップ線路の屈曲部に導入した面取り構造を疑似同軸線路構造に適用するとなると、層間を貫通する疑似同軸線路の中心導体の直径の細径化が必要になる。しかしながら、中心導体の細径化には製造限界があるため、必ずしも理想的な構造が得られず、屈曲部での特性インピーダンス整合にはおのずと限界があった。

Rene J. P. Douville，David S. James，"Experimental study of symmetric microstrip bends and their compensation"，IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques，Vol.MTT-26，No.3，March 1978 S.Camerlo，et.al.，"Improving signal integrity of system packaging by back-drilling plated through holes in board assembly"，Proceadings，54th ECTC，June 2004

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、延伸方向が互いに異なる高周波線路同士の先端を接続する高周波線路接続構造において、特性インピーダンスの整合を実現し、高周波信号の伝送を反射なく、円滑に行うことを目的とする。

本発明の高周波線路接続構造は、絶縁体または半絶縁性半導体からなる基材の表面または前記基材中に形成された第１の高周波線路と、前記基材の表面または前記基材中に形成された、前記第１の高周波線路と延伸方向が異なる第２の高周波線路と、前記第１の高周波線路と前記第２の高周波線路とが接続される箇所で線路の延伸方向を曲げる接続部とを備え、前記接続部の内周側と外周側の両方に、前記基材が除去された空間が形成され、前記接続部の内周側の前記空間の総容積は、外周側の前記空間の総容積よりも小さく、前記 内周側の前記空間の個数をＭ（Ｍは１以上の整数）、前記外周側の前記空間の個数をＮ（ Ｎは１以上の整数）としたとき、Ｍ≦Ｎの関係を満たすことを特徴とするものである。

また、本発明の高周波線路接続構造は、絶縁体または半絶縁性半導体からなる基材の表 面または前記基材中に形成された第１の高周波線路と、前記基材の表面または前記基材中 に形成された、前記第１の高周波線路と延伸方向が異なる第２の高周波線路と、前記第１ の高周波線路と前記第２の高周波線路とが接続される箇所で線路の延伸方向を曲げる接続 部とを備え、前記接続部の外周側のみ、または前記接続部の内周側と外周側の両方に、前 記基材が除去された空間が形成され、前記接続部の内周側と外周側の両方に前記空間が形 成される場合の内周側の前記空間の総容積は、外周側の前記空間の総容積よりも小さく、前記第１の高周波線路と前記第２の高周波線路は、共に多層構造の前記基材中に形成され、前記第１の高周波線路は、前記基材中の特定の層に形成され、前記第２の高周波線路は、前記基材中の複数層を貫通するように形成されることを特徴とするものである。
また、本発明の高周波線路接続構造の１構成例において、前記空間は、前記第１の高周波線路と前記第２の高周波線路のうち少なくとも一方の信号線路の周囲に、前記基材中に形成されたグランドプレーンと接するように形成されるか、または前記基材を介して前記グランドプレーンと隣り合う位置に形成され、容量性調整部として機能することを特徴とするものである。
また、本発明の高周波線路接続構造は、絶縁体または半絶縁性半導体からなる基材の表 面または前記基材中に形成された第１の高周波線路と、前記基材の表面または前記基材中 に形成された、前記第１の高周波線路と延伸方向が異なる第２の高周波線路と、前記第１ の高周波線路と前記第２の高周波線路とが接続される箇所で線路の延伸方向を曲げる接続 部とを備え、前記接続部の外周側のみ、または前記接続部の内周側と外周側の両方に、前 記基材が除去された空間が形成され、前記接続部の内周側と外周側の両方に前記空間が形 成される場合の内周側の前記空間の総容積は、外周側の前記空間の総容積よりも小さく、前記空間は、前記第１の高周波線路と前記第２の高周波線路のうち少なくとも一方の信号線路の周囲に、前記信号線路と接するように形成されるか、または前記基材を介して前記信号線路と隣り合う位置に形成され、誘導性調整部として機能することを特徴とするものである。

また、本発明の高周波線路接続構造の１構成例において、前記第１の高周波線路と前記第２の高周波線路は、マイクロストリップ線路、コプレーナ線路、ストリップ線路のいずれかである。
また、本発明の高周波線路接続構造は、絶縁体または半絶縁性半導体からなる基材の表 面または前記基材中に形成された第１の高周波線路と、前記基材の表面または前記基材中 に形成された、前記第１の高周波線路と延伸方向が異なる第２の高周波線路と、前記第１ の高周波線路と前記第２の高周波線路とが接続される箇所で線路の延伸方向を曲げる接続 部とを備え、前記接続部の外周側のみ、または前記接続部の内周側と外周側の両方に、前 記基材が除去された空間が形成され、前記接続部の内周側と外周側の両方に前記空間が形 成される場合の内周側の前記空間の総容積は、外周側の前記空間の総容積よりも小さく、前記第１の高周波線路は、ストリップ線路であり、前記第２の高周波線路は、前記基材中の複数層を貫通するように形成された信号ビアと、前記信号ビアを囲むように形成されたグランドプレーンと、前記信号ビアと前記グランドプレーンとの間を満たす前記基材とから構成される疑似同軸線路であることを特徴とするものである。
また、本発明の高周波線路接続構造の１構成例において、前記接続部の内周側と外周側 の両方に前記空間が形成される場合に、前記接続部の内周側の前記空間は、前記第１の高周波線路と前記第２の高周波線路の両方の信号線路の周囲に、前記基材中に形成されたグランドプレーンと接するように形成されるか、または前記基材を介して前記グランドプレーンと隣り合う位置に形成され、前記接続部の外周側の前記空間は、前記第１の高周波線路の信号線路と接するように形成され、かつ前記基材を介して前記第２の高周波線路の信号線路と隣り合う位置に形成される。

また、本発明の高周波線路接続構造は、絶縁体または半絶縁性半導体からなる基材の表 面または前記基材中に形成された第１の高周波線路と、前記基材の表面または前記基材中 に形成された、前記第１の高周波線路と延伸方向が異なる第２の高周波線路と、前記第１ の高周波線路と前記第２の高周波線路とが接続される箇所で線路の延伸方向を曲げる接続 部とを備え、前記接続部の内周側と外周側の両方に、前記基材が除去された空間が形成さ れ、前記接続部の内周側の前記空間の総容積は、外周側の前記空間の総容積よりも小さく 、前記接続部の内周側と外周側の前記空間の内部に、前記基材の比誘電率よりも小さい比 誘電率の絶縁体、または前記基材の比誘電率よりも小さい比誘電率の半絶縁性半導体が充 填され、前記内周側の前記空間に充填された絶縁体または半絶縁性半導体の比誘電率よりも前記外周側の前記空間に充填された絶縁体または半絶縁性半導体の比誘電率が小さいことを特徴とするものである。

本発明によれば、第１の高周波線路と第２の高周波線路とが接続される箇所に、線路の延伸方向を曲げる接続部を設け、接続部の外周側のみ、または接続部の内周側と外周側の両方に、基材が除去された空間を形成し、接続部の内周側と外周側の両方に空間が形成される場合の内周側の空間の総容積を、外周側の空間の総容積よりも小さくする。これにより、本発明では、第１の高周波線路と第２の高周波線路を接続する接続部およびその近傍において、特性インピーダンスの整合が得られ、高周波信号の伝送を反射なく、円滑に行うことができる。

図１は、本発明の第１の実施例に係る高周波線路接続構造の構成を示す平面図である。 図２Ａは、本発明の第１の実施例に係る高周波線路接続構造の構成を示す断面図である。 図２Ｂは、本発明の第１の実施例に係る高周波線路接続構造の構成を示す断面図である。 図２Ｃは、本発明の第１の実施例に係る高周波線路接続構造の構成を示す断面図である。 図３は、従来のマイクロストリップ線路の平面図である。 図４Ａは、従来のマイクロストリップ線路の断面図である。 図４Ｂは、従来のマイクロストリップ線路の断面図である。 図４Ｃは、従来のマイクロストリップ線路の断面図である。 図５は、本発明の第２の実施例に係る高周波線路接続構造の構成を示す断面図である。 図６は、本発明の第２の実施例に係る高周波線路接続構造の構成を示す断面図である。 図７は、本発明の第２の実施例に係る高周波線路接続構造の構成を示す下面図である。 図８は、従来の高周波線路接続構造の構成を示す断面図である。 図９は、従来の高周波線路接続構造の構成を示す断面図である。 図１０は、従来の高周波線路接続構造の構成を示す下面図である。 図１１は、本発明の第３の実施例に係る高周波線路接続構造の構成を示す断面図である。 図１２は、本発明の第３の実施例に係る高周波線路接続構造の構成を示す断面図である。 図１３は、本発明の第３の実施例に係る高周波線路接続構造の構成を示す下面図である。 図１４は、本発明の第４の実施例に係る高周波線路接続構造の構成を示す断面図である。 図１５は、本発明の第４の実施例に係る高周波線路接続構造の構成を示す断面図である。 図１６は、本発明の第４の実施例に係る高周波線路接続構造の構成を示す下面図である。

以下、本発明の実施例に係る高周波線路接続構造について説明する。

［第１の実施例］
はじめに、本発明の第１の実施例に係る高周波線路接続構造１について、図１、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃを参照して説明する。図１は高周波線路接続構造１の平面図、図２Ａは図１のＡ－Ａ’線断面図、図２Ｂは図１のＢ－Ｂ’線断面図、図２Ｃは図１のＣ－Ｃ’線断面図である。

高周波線路接続構造１は、２つのマイクロストリップ線路１－１４，１－１５を備えている。マイクロストリップ線路１－１４（第１の高周波線路）は、絶縁体からなる基材１－２と、基材１－２の表面に形成された導体からなる信号線路１－１ａと、基材１－２の裏面に形成された導体からなるグランドプレーン１－３とから構成される。基材１－２の材料としては例えばアルミナセラミクスがある。

マイクロストリップ線路１－１５（第２の高周波線路）は、基材１－２と、基材１－２の表面に形成された導体からなる信号線路１－１ｂと、グランドプレーン１－３とから構成される。

信号線路１－１ａの延伸方向と信号線路１－１ｂの延伸方向が異なるため、信号線路１－１ａと信号線路１－１ｂとが接続される箇所で線路の延伸方向を曲げる接続部１－１３が必要になる。

本実施例では、接続部１－１３で線路の延伸方向が直角に曲がることになるが、接続部１－１３の内周側の基材１－２と外周側の基材１－２には、それぞれ表面からグランドプレーン１－３まで基材１－２が除去された空間１－５，１－６が形成されている。空間１－５，１－６の内部は、空気またはＮ₂等の不活性ガスで満たされている。また、後述のように空間１－５，１－６の内部に絶縁体または半絶縁性半導体を充填してもよい。

内周側の空間１－５の総容積は、外周側の空間１－６の総容積よりも小さくなるように形成されている。このように本実施例では、空間１－５，１－６を設けることにより、信号線路１－１ａ，１－１ｂの接続部１－１３で発現する電気的容量性の上昇による低インピーダンス化を抑圧することができ、マイクロストリップ線路１－１４，１－１５の全体にわたって特性インピーダンスの整合を実現することができる。この結果、高周波線路接続構造１では、マイクロストリップ線路１－１４，１－１５の信号線路端１－４ａと１－４ｂ間において、高周波信号を損失なく伝送することが可能となる。

一方、本実施例に依らない特性インピーダンス整合の手法として、接続部（屈曲部）の頂点の構造を物理的に加工する手法が提案され公知となっており、様々な適用先で広く使用されている。非特許文献１に開示された従来のマイクロストリップ線路の平面図を図３に示す。図４Ａは図３のＡ－Ａ’線断面図、図４Ｂは図３のＢ－Ｂ’線断面図、図４Ｃは図３のＣ－Ｃ’線断面図である。

図３に示すように、非特許文献１によれば、信号線路１－１ａ，１－１ｂの接続部の頂点１－７に面取り加工を施すことにより、電気的容量性の上昇を抑圧可能としている。しかしながら、基材１－２の厚みが数μｍとなっているＲＤＬや、厚みが数十μｍとなっているパッケージ基板上での配線幅はすでに製造限界に近く、面取り加工を可能とするフォトマスクを使用したとしても、接続部の頂点を所望の形状に加工することは困難となっている。

また、接続部の面取り加工により、場合によっては信号線路の断線すら起こり得るという課題もある。このため、非特許文献１に開示された技術を、将来にわたってＲＤＬ等の先端分野に適用することは必ずしも適切ではないといえる。

一方、本実施例によれば、信号線路１－１ａ，１－１ｂの接続部１－１３の外周側および内周側の基材１－２に空間１－５，１－６を設けるという、極めて簡単で容易に実施可能な構造により、マイクロストリップ線路１－１４，１－１５の全てに渡って特性インピーダンスの整合が得られるようになり、高周波信号を損失なく伝送することが可能となる。

なお、本実施例では、マイクロストリップ線路１－１４，１－１５を例に挙げて説明したが、信号線路１－１ａ，１－１ｂの周囲にグランドプレーンが形成されたコプレーナ線路に本実施例を適用してもよい。

［第２の実施例］
次に、本発明の第２の実施例に係る高周波線路接続構造２について、図５～図７を参照して説明する。図５は高周波線路接続構造２の断面図、図６は高周波線路接続構造２を信号線路２－１が形成される層（図５のＤ－Ｄ’線の位置の層）と平行な面で切断した断面図である。図７は高周波線路接続構造２の下面図である。図５は、高周波線路接続構造２を図６のＥ－Ｅ’線の位置で切断した断面を示している。

上述した第１の実施例は、同一２次元面内における高周波線路の屈曲構造の例であったが、本実施例は３次元空間内における実施例となる。
高周波線路接続構造２は、２つの高周波信号線路、具体的にはコプレーナストリップ線路２－１４（第１の高周波線路）と疑似同軸線路２－１５（第２の高周波線路）とを備えている。

コプレーナストリップ線路２－１４は、絶縁体からなる基材２－１２中に形成された導体からなる信号線路２－１と、信号線路２－１の左右の基材２－１２中に形成された導体からなるグランドプレーン２－２－１と、信号線路２－１の上下の基材２－１２中に形成された複数層の導体からなるグランドプレーン２－２－４，２－２－２と、複数層のグランドプレーン２－２－１，２－２－４を層間接続するように基材２－１２中に形成された導体からなるグランドビア２－３－１と、複数層のグランドプレーン２－２－１，２－２－２を層間接続するように基材２－１２中に形成された導体からなるグランドビア２－３－２とから構成される。基材２－１２の材料としては、例えばアルミナセラミクスがある。

疑似同軸線路２－１５は、基材２－１２中に信号線路２－１と接続するように形成された導体とその下の複数層の導体とからなる信号パッド２－４－１と、複数層の信号パッド２－４－１を層間接続するように基材２－１２中に形成された導体からなる信号ビア２－５と、複数層のグランドプレーン２－２－１，２－２－２と同じ層の信号パッド２－４－１の周囲にある基材２－１２中に形成された複数層の導体からなるグランドプレーン２－６と、グランドプレーン２－６が選択的に除去され、基材２－１２によって満たされた領域であるアンチパッド領域２－７と、複数層のグランドプレーン２－６を層間接続するように基材２－１２中に形成された導体からなるグランドビア２－３－３とから構成される。基材２－１２を垂直に貫通する信号ビア２－５は、疑似同軸線路２－１５の中心導体に相当する。

ここで、疑似同軸線路とは、信号ビア２－５の外周に絶縁体（基材２－１２）を備え、かつ絶縁体との境界の形状が円形であるグランドプレーン２－６と、各グランドプレーン２－６を電気的に接続するグランドビア２－３－３とを備えた、同軸線路に類似した構造を意味している。

コプレーナストリップ線路２－１４は水平方向に延伸し、疑似同軸線路２－１５は垂直方向に延伸する。このため、コプレーナストリップ線路２－１４の端と疑似同軸線路２－１５の端とを電気的、物理的に接続する際には、信号線路２－１と信号ビア２－５とが接続される箇所で線路の延伸方向を曲げる接続部２－１３が必要になる。

接続部２－１３で線路の方向が直角に曲がることになるが、接続部２－１３の内周側の基材２－１２には、基材２－１２が除去された空間２－８が形成されている。また、接続部２－１３の外周側の基材２－１２には、基材２－１２が除去された空間２－９が形成されている。空間２－８，２－９の内部は、空気またはＮ₂等の不活性ガスで満たされている。また、後述のように、空間２－８，２－９の内部に絶縁体または半絶縁性半導体を充填してもよい。

内周側の空間２－８の総容積は、外周側の空間２－９の総容積よりも小さくなるように形成されている。疑似同軸線路２－１５を形成する信号ビア２－５の径は、コプレーナストリップ線路２－１４を形成する信号線路２－１の導体厚みよりも十分大きい。したがって、本実施例では、接続部２－１３で発現する電気的容量性の上昇による低インピーダンス化を抑圧することができる。

さらに、接続部２－１３の内周側の空間２－８は、コプレーナストリップ線路２－１４の信号線路２－１の誘導性調整部として機能し、接続部２－１３で生じるＬＣ共振による高周波信号の反射周波数の広帯域化調整部として機能する。

したがって、本実施例では、接続部２－１３で発現する電気的容量性の上昇による低インピーダンス化を抑圧できると同時に、接続部２－１３で生じるＬＣ共振による高周波信号の反射周波数の広帯域化も実現することができ、コプレーナストリップ線路２－１４と接続部２－１３と疑似同軸線路２－１５の全体にわたって特性インピーダンスの整合を実現することができる。その結果、高周波線路接続構造２では、コプレーナストリップ線路２－１４の信号線路端２－４ａと疑似同軸線路２－１５の信号線路端２－４ｂ間において、高周波信号を損失なく伝送することが可能となる。

一方、本実施例に依らない特性インピーダンス整合の手法として、接続部の頂点の構造を物理的に加工する手法が提案され公知となっており、様々な適用先で広く使用されている。非特許文献２に開示された従来の高周波線路接続構造の断面図を図８に示す。図９は図８の高周波線路接続構造を信号線路２－１が形成される層（図８のＤ－Ｄ’線の位置の層）と平行な面で切断した断面図である。図１０は図８の高周波線路接続構造の下面図である。図８は、高周波線路接続構造を図９のＥ－Ｅ’線の位置で切断した断面を示している。

図８に示すように、非特許文献２によれば、疑似同軸線路の信号ビア２－５と信号パッド２－４－１を外部から機械加工で除去し、電気的容量性ならびに電気的誘導性の発現を抑圧している。バックドリル痕による空間２－１０と、一部取り残されたスタブ領域２－１１とが存在することが非特許文献２に開示された技術の特徴である。

非特許文献２に開示された機械加工の精度を向上させたとしても、スタブ領域２－１１をゼロにすることは容易ではない。スタブ領域２－１１での電気長の存在により、管内信号波長の１／４に相当する周波数での信号反射は避けられない。このため、近年増えつつあるＤＣ（Direct Current）近傍から１００ＧＨｚ超までのベースバンド周波数を用いる光通信用途では、非特許文献２に開示された技術が適用困難となるケースも出現しつつある。

一方、本実施例によれば、接続部２－１３の外周側および内周側の基材２－１２に空間２－８，２－９を設けるという、極めて簡単で容易に実施可能な構造により、コプレーナストリップ線路２－１４と疑似同軸線路２－１５の全てに渡って特性インピーダンスの整合が得られるようになり、高周波信号を損失なく伝送することが可能となる。

［第３の実施例］
次に、本発明の第３の実施例に係る高周波線路接続構造３について、図１１～図１３を参照して説明する。図１１は高周波線路接続構造３の断面図、図１２は高周波線路接続構造３を信号線路３－１が形成される層（図１１のＤ－Ｄ’線の位置の層）と平行な面で切断した断面図、図１３は高周波線路接続構造３の下面図である。図１１は、高周波線路接続構造３を図１２のＥ－Ｅ’線の位置で切断した断面を示している。

高周波線路接続構造３は、２つの高周波信号線路、具体的にはコプレーナストリップ線路３－１４（第２の高周波線路）と疑似同軸線路３－１５（第２の高周波線路）とを備えている。

コプレーナストリップ線路３－１４は、絶縁体からなる基材３－１２中に形成された導体からなる信号線路３－１と、信号線路３－１の左右の基材３－１２中に形成された導体からなるグランドプレーン３－２－１と、信号線路３－１の上下の基材３－１２中に形成された複数層の導体からなるグランドプレーン３－２－４，３－２－２と、複数層のグランドプレーン３－２－１，３－２－４を層間接続するように基材３－１２中に形成された導体からなるグランドビア３－３－１と、複数層のグランドプレーン３－２－１，３－２－２を層間接続するように基材３－１２中に形成された導体からなるグランドビア３－３－２とから構成される。基材３－１２の材料としては、例えばアルミナセラミクスがある。

疑似同軸線路３－１５は、基材３－１２中に信号線路３－１と接続するように形成された導体とその下の複数層の導体とからなる信号パッド３－４－１と、複数層の信号パッド３－４－１を層間接続するように基材３－１２中に形成された導体からなる信号ビア３－５と、複数層のグランドプレーン３－２－１，３－２－２と同じ層の信号パッド３－４－１の周囲にある基材３－１２中に形成された複数層の導体からなるグランドプレーン３－６と、グランドプレーン３－６が選択的に除去され、基材３－１２によって満たされた領域であるアンチパッド領域３－７と、複数層のグランドプレーン３－６を層間接続するように基材３－１２中に形成された導体からなるグランドビア３－３－３とから構成される。基材３－１２を垂直に貫通する信号ビア３－５は、疑似同軸線路３－１５の中心導体に相当する。

コプレーナストリップ線路３－１４は水平方向に延伸し、疑似同軸線路３－１５は垂直方向に延伸する。このため、コプレーナストリップ線路３－１４の端と疑似同軸線路３－１５の端とを電気的、物理的に接続する際には、信号線路３－１と信号ビア３－５とが接続される箇所で線路の延伸方向を曲げる接続部３－１３が必要になる。

上述した第２の実施例は、コプレーナストリップ線路３－１４から接続部２－１３に至る領域の上部は基材２－１２で満たされ、空間がない形態であった。
これに対し、本実施例では、接続部３－１３の内周側の基材３－１２には、基材３－１２が除去された空間３－８が形成されている。また、接続部３－１３の外周側の基材３－１２には、基材３－１２が除去された空間３－９が形成されている。

さらに、本実施例では、信号線路３－１と接続された信号パッド３－４－１の上部の基材３－１２が除去された空間３－１０が形成されている。信号パッド３－４－１の一部は、空間３－１０中に露出している。空間３－８～３－１０の内部は、空気またはＮ₂等の不活性ガスで満たされている。また、後述のように空間３－８～３－１０の内部に絶縁体または半絶縁性半導体を充填してもよい。

内周側の空間３－８の総容積は、外周側の空間３－９，３－１０の総容積よりも小さくなるように形成されている。図１１、図１２の例では、空間３－９と空間３－１０が連通するように形成されているが、連通しない形態であってもよい。

本実施例では、信号ビア３－５の周囲の基材３－１２だけでなく、信号線路３－１と接続された信号パッド３－４－１の上部の基材３－１２も除去することにより、接続部３－１３で発現する電気的容量性の上昇による低インピーダンス化をさらに抑圧できると同時に、接続部３－１３で生じるＬＣ共振による高周波信号の反射周波数の広帯域化も実現することができ、コプレーナストリップ線路３－１４と接続部３－１３と疑似同軸線路３－１５の全体にわたって特性インピーダンスの整合を実現することができる。その結果、高周波線路接続構造３では、コプレーナストリップ線路３－１４の信号線路端３－４ａと疑似同軸線路３－１５の信号線路端３－４ｂ間において、高周波信号を損失なく伝送することが可能となる。

［第４の実施例］
次に、本発明の第４の実施例に係る高周波線路接続構造４について、図１４～図１６を参照して説明する。図１４は高周波線路接続構造４の断面図、図１５は高周波線路接続構造４を信号線路４－１が形成される層（図１４のＤ－Ｄ’線の位置の層）と平行な面で切断した断面図、図１６は高周波線路接続構造４の下面図である。図１４は、高周波線路接続構造４を図１５のＥ－Ｅ’線の位置で切断した断面を示している。

高周波線路接続構造４は、２つの高周波信号線路、具体的にはコプレーナストリップ線路４－１４（第１の高周波線路）と疑似同軸線路４－１５（第２の高周波線路）とを備えている。

コプレーナストリップ線路４－１４は、絶縁体からなる基材４－１２中に形成された導体からなる信号線路４－１と、信号線路４－１の左右の基材４－１２中に形成された導体からなるグランドプレーン４－２－１と、信号線路４－１の上下の基材４－１２中に形成された複数層の導体からなるグランドプレーン４－２－４，４－２－２と、複数層のグランドプレーン４－２－１，４－２－４を層間接続するように基材４－１２中に形成された導体からなるグランドビア４－３－１と、複数層のグランドプレーン４－２－１，４－２－２を層間接続するように基材４－１２中に形成された導体からなるグランドビア４－３－２とから構成される。基材４－１２の材料としては、例えばアルミナセラミクスがある。

疑似同軸線路４－１５は、基材４－１２中に信号線路４－１と接続するように形成された導体とその下の複数層の導体とからなる信号パッド４－４－１と、複数層の信号パッド４－４－１を層間接続するように基材４－１２中に形成された導体からなる信号ビア４－５と、グランドプレーン４－２－１，４－２－２と同じ層の信号パッド４－４－１の周囲にある基材４－１２中に形成された複数層の導体からなるグランドプレーン４－６と、グランドプレーン４－６が選択的に除去され、基材４－１２によって満たされた領域であるアンチパッド領域４－７と、複数層のグランドプレーン４－６を層間接続するように基材４－１２中に形成された導体からなるグランドビア４－３－３とから構成される。基材４－１２を垂直に貫通する信号ビア４－５は、疑似同軸線路４－１５の中心導体に相当する。

コプレーナストリップ線路４－１４は水平方向に延伸し、疑似同軸線路４－１５は垂直方向に延伸する。このため、コプレーナストリップ線路４－１４の端と疑似同軸線路４－１５の端とを電気的、物理的に接続する際には、信号線路４－１と信号ビア４－５とが接続される箇所で線路の延伸方向を曲げる接続部４－１３が必要になる。

上述した第２の実施例は、コプレーナストリップ線路４－１４から接続部２－１３に至る領域の上部は基材２－１２で満たされ、空間がない形態であった。
これに対し、本実施例では、接続部４－１３の内周側の基材４－１２には、基材４－１２が除去された空間４－８が形成されている。また、接続部４－１３の外周側の基材４－１２には、基材４－１２が除去された空間４－９が形成されている。

さらに、本実施例では、信号線路４－１と接続された信号パッド４－４－１の上部の基材４－１２と、信号線路４－１の上部の基材４－１２とが除去された空間４－１０が形成されている。信号ビア４－５側の信号線路４－１と信号パッド４－４－１とは、空間４－１０中に露出している。空間４－８～４－１０の内部は、空気またはＮ₂等の不活性ガスで満たされている。また、後述のように空間４－８～４－１０の内部に絶縁体または半絶縁性半導体を充填してもよい。

内周側の空間４－８の総容積は、外周側の空間４－９，４－１０の総容積よりも小さくなるように形成されている。図１４、図１５の例では、空間４－９と空間４－１０が連通するように形成されているが、連通しない形態であってもよい。

さらに、本実施例では、信号ビア４－５に近づくに従って幅が漸次拡大するテーパ部４－１－２を信号線路４－１の途中に設け、信号ビア４－５に近い側の信号線路４－１が信号ビア４－５から遠い側の信号線路４－１よりも幅が広くなるようにしている。信号ビア４－５に近い側の信号線路４－１の幅を広くする理由は、特性インピーダンス整合のためである。

以上の構成により、本実施例では、接続部４－１３で発現する電気的容量性の上昇による低インピーダンス化をさらに抑圧できると同時に、接続部４－１３で生じるＬＣ共振による高周波信号の反射周波数の広帯域化も実現することができる。

なお、疑似同軸線路４－１５で伝搬可能な電磁界分布では、必ずしも信号ビア４－５を伝搬するのは基本モードだけとは限らない。疑似同軸線路４－１５を構成するグランドプレーン４－６とグランドビア４－３－３とを金属壁とみなしたときの導波管伝搬モードも存在する。

信号パッド４－４－１とグランドプレーン４－６とが空間的に遠いため、コプレーナストリップ線路４－１４の延伸先となるアンチパッド領域４－７における信号線路４－１は容易に周辺の近傍グランドプレーンと電磁界的に結合し、この結合が本来望まない導波管伝搬モードの原因となり得る。この電磁界的な結合を抑制することも、本実施例では可能としている。すなわち、本実施例では、疑似同軸線路４－１５での高次導波管モードの励振を抑圧し、空間４－１０を形成することによって外周側への電磁界の漏洩も抑制することができる。

したがって、本実施例では、本来不要である疑似同軸線路４－１５での導波管伝搬モードを発現することなく、コプレーナストリップ線路４－１４と接続部４－１３と疑似同軸線路４－１５の全体にわたって特性インピーダンスの整合を実現することができる。その結果、高周波線路接続構造４では、コプレーナストリップ線路４－１４の信号線路端４－４ａと疑似同軸線路４－１５の信号線路端４－４ｂ間において、高周波信号を損失なく伝送することが可能となる。

なお、本発明は以上に説明した第１～第４の実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。

例えば線路の延伸方向を曲げる接続部１－１３，２－１３，３－１３，４－１３を、延伸方向が直角に曲がる形ではなく、階段状の形としてもよいし、直角でない頂点を１乃至複数有する形としてもよい。

また、疑似同軸線路２－１５，３－１５，４－１５については、信号パッド２－４－１，３－４－１，４－４－１と信号ビア２－５，３－５，４－５とアンチパッド領域２－７，３－７，４－７とを平面視円形とし、信号パッド２－４－１，３－４－１，４－４－１の中心と信号ビア２－５，３－５，４－５の中心とアンチパッド領域２－７，３－７，４－７の中心とが一致した構造としているが、これらの構造に縛られる必要がないことも言うまでもない。

例えば、信号パッド２－４－１，３－４－１，４－４－１の中心および信号ビア２－５，３－５，４－５の中心を、アンチパッド領域２－７，３－７，４－７の中心と一致させる必要はなく、特性インピーダンス整合の観点からアンチパッド領域２－７，３－７，４－７内の所望の位置に変更可能である。

また、アンチパッド領域２－７，３－７，４－７は、平面視真円である必要はない。例えばアンチパッド領域２－７，３－７，４－７を、平面視楕円の形としてもよいし、平面視角丸長方形の形としてもよい。

また、第１～第４の実施例では、基材１－２，２－１２，３－１２，４－１２の材料をアルミナセラミクスとしているが、決してこれに限る必要がないことも言うまでもない。例えば、セラミクス材として窒化アルミ、ジルコニア等でも使用可能であり、無機材料である石英ガラス、低融点ガラスを使用してもよい。また、基材１－２，２－１２，３－１２，４－１２の材料として、有機材料であるレジン、テフロン（登録商標）を使用してもよい。さらに、半絶縁性半導体も使用可能であり、例えば高抵抗Ｓｉや半絶縁性ＧａＡｓ、ＩｎＰを使用してもよい。

また、第１～第４の実施例では、接続部１－１３，２－１３，３－１３，４－１３の内周側と外周側の両方に空間１－５，１－６，２－８，２－９，３－８～３－１０，４－８～４－１０を形成しているが、外周側のみに空間を形成してもよい。

また、接続部１－１３，２－１３，３－１３，４－１３の内周側と外周側の両方に空間を形成する場合の内周側の空間の個数をＭ（Ｍは１以上の整数）、外周側の空間の個数をＮ（Ｎは１以上の整数）としたとき、Ｍ≦Ｎの関係を満たすようにすればよい。また、上記のとおり、接続部１－１３，２－１３，３－１３，４－１３の内周側と外周側の両方に空間を形成する場合、内周側の空間の総容積が、外周側の空間の総容積よりも小さくなるようにすればよい。

また、第１～第４の実施例では、空間１－５，１－６，２－８，２－９，３－８～３－１０，４－８～４－１０の内部が空気またはＮ₂等の不活性ガスで満たされているとした。別の構成例として、空間１－５，１－６，２－８，２－９，３－８～３－１０，４－８～４－１０の内部に、基材１－２，２－１２，３－１２，４－１２の比誘電率よりも低い比誘電率の材料を充填してもよい。このような材料としては、絶縁体または半絶縁性半導体がある。

また、接続部１－１３，２－１３，３－１３，４－１３の内周側と外周側の両方に空間を形成する場合には、内周側の空間に充填された絶縁体または半絶縁性半導体の比誘電率よりも外周側の空間に充填された絶縁体または半絶縁性半導体の比誘電率が小さくなるようにすることが望ましい。

また、第３の実施例では、接続部３－１３の外周側の空間３－９と空間３－１０とが連通するように形成されているが、空間３－９と空間３－１０が分離して形成されていてもよい。同様に、第４の実施例では、接続部４－１３の外周側の空間４－９と空間４－１０とが連通するように形成されているが、空間４－９と空間４－１０が分離して形成されていてもよい。

また、第１～第４の実施例では、空間１－５，１－６，２－８，２－９，３－８～３－１０，４－８～４－１０の形状として、円弧や多面体の形状を例に挙げて記載したが、これらの形状は必須ではない。空間１－５，１－６，２－８，２－９，３－８～３－１０，４－８～４－１０の形状として、様々な製造工程を反映した形状を適用可能であることは言うまでもない。

また、第１～第４の実施例において、基材１－２，２－１２，３－１２，４－１２中の空間を、第１の高周波線路と第２の高周波線路のうち少なくとも一方の信号線路の周囲に、グランドプレーンと接するように形成（空間中にグランドプレーンが露出するように形成）してもよい。また、空間を、基材１－２，２－１２，３－１２，４－１２を介してグランドプレーンと隣り合う位置に形成してもよい。これらの空間は、容量性調整部として機能する。

また、第１～第４の実施例において、基材１－２，２－１２，３－１２，４－１２中の空間を、第１の高周波線路と第２の高周波線路のうち少なくとも一方の信号線路の周囲に、信号線路と接するように形成（空間中に信号線路が露出するように形成）してもよい。また、空間を、基材を介して信号線路と隣り合う位置に形成してもよい。これらの空間は、誘導性調整部として機能する。

本発明は、延伸方向が互いに異なる高周波線路を接続する技術に適用することができる。

１，２，３，４…高周波線路接続構造、１－１ａ，１－１ｂ，２－１，３－１，４－１…信号線路、１－１３，２－１３，３－１３，４－１３…接続部、１－２，２－１２，３－１２，４－１２…基材、１－３，２－２－１，２－２－２，２－２－４，２－６，３－２－１，３－２－２，３－２－４，３－６，４－２－１，４－２－２，４－２－４，４－６…グランドプレーン、１－５，１－６，２－８，２－９，３－８～３－１０，４－８～４－１０…空間、１－１４，１－１５…マイクロストリップ線路、２－４－１，３－４－１，４－４－１…信号パッド、２－５，３－５，４－５…信号ビア、２－７，３－７，４－７…アンチパッド領域、２－３－１，２－３－２，２－３－３，３－３－１，３－３－２，３－３－３，４－３－１，４－３－２，４－３－３…グランドビア、２－１４，３－１４，４－１４…コプレーナストリップ線路、２－１５，３－１５，４－１５…疑似同軸線路、４－１－２…テーパ部。

Claims (8)

1. 絶縁体または半絶縁性半導体からなる基材の表面または前記基材中に形成された第１の高周波線路と、
   前記基材の表面または前記基材中に形成された、前記第１の高周波線路と延伸方向が異なる第２の高周波線路と、
   前記第１の高周波線路と前記第２の高周波線路とが接続される箇所で線路の延伸方向を曲げる接続部とを備え、
   前記接続部の内周側と外周側の両方に、前記基材が除去された空間が形成され、
   前記接続部の内周側の前記空間の総容積は、外周側の前記空間の総容積よりも小さく、 前記内周側の前記空間の個数をＭ（Ｍは１以上の整数）、前記外周側の前記空間の個数 をＮ（Ｎは１以上の整数）としたとき、Ｍ≦Ｎの関係を満たすことを特徴とする高周波線路接続構造。
2. 絶縁体または半絶縁性半導体からなる基材の表面または前記基材中に形成された第１の 高周波線路と、
   前記基材の表面または前記基材中に形成された、前記第１の高周波線路と延伸方向が異 なる第２の高周波線路と、
   前記第１の高周波線路と前記第２の高周波線路とが接続される箇所で線路の延伸方向を 曲げる接続部とを備え、
   前記接続部の外周側のみ、または前記接続部の内周側と外周側の両方に、前記基材が除 去された空間が形成され、
   前記接続部の内周側と外周側の両方に前記空間が形成される場合の内周側の前記空間の 総容積は、外周側の前記空間の総容積よりも小さく、
   前記第１の高周波線路と前記第２の高周波線路は、共に多層構造の前記基材中に形成され、
   前記第１の高周波線路は、前記基材中の特定の層に形成され、
   前記第２の高周波線路は、前記基材中の複数層を貫通するように形成されることを特徴とする高周波線路接続構造。
3. 請求項２記載の高周波線路接続構造において、
   前記空間は、前記第１の高周波線路と前記第２の高周波線路のうち少なくとも一方の信号線路の周囲に、前記基材中に形成されたグランドプレーンと接するように形成されるか、または前記基材を介して前記グランドプレーンと隣り合う位置に形成され、容量性調整部として機能することを特徴とする高周波線路接続構造。
4. 絶縁体または半絶縁性半導体からなる基材の表面または前記基材中に形成された第１の 高周波線路と、
   前記基材の表面または前記基材中に形成された、前記第１の高周波線路と延伸方向が異 なる第２の高周波線路と、
   前記第１の高周波線路と前記第２の高周波線路とが接続される箇所で線路の延伸方向を 曲げる接続部とを備え、
   前記接続部の外周側のみ、または前記接続部の内周側と外周側の両方に、前記基材が除 去された空間が形成され、
   前記接続部の内周側と外周側の両方に前記空間が形成される場合の内周側の前記空間の 総容積は、外周側の前記空間の総容積よりも小さく、
   前記空間は、前記第１の高周波線路と前記第２の高周波線路のうち少なくとも一方の信号線路の周囲に、前記信号線路と接するように形成されるか、または前記基材を介して前記信号線路と隣り合う位置に形成され、誘導性調整部として機能することを特徴とする高周波線路接続構造。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の高周波線路接続構造において、
   前記第１の高周波線路と前記第２の高周波線路は、マイクロストリップ線路、コプレーナ線路、ストリップ線路のいずれかであることを特徴とする高周波線路接続構造。
6. 絶縁体または半絶縁性半導体からなる基材の表面または前記基材中に形成された第１の 高周波線路と、
   前記基材の表面または前記基材中に形成された、前記第１の高周波線路と延伸方向が異 なる第２の高周波線路と、
   前記第１の高周波線路と前記第２の高周波線路とが接続される箇所で線路の延伸方向を 曲げる接続部とを備え、
   前記接続部の外周側のみ、または前記接続部の内周側と外周側の両方に、前記基材が除 去された空間が形成され、
   前記接続部の内周側と外周側の両方に前記空間が形成される場合の内周側の前記空間の 総容積は、外周側の前記空間の総容積よりも小さく、
   前記第１の高周波線路は、ストリップ線路であり、
   前記第２の高周波線路は、前記基材中の複数層を貫通するように形成された信号ビアと、前記信号ビアを囲むように形成されたグランドプレーンと、前記信号ビアと前記グランドプレーンとの間を満たす前記基材とから構成される疑似同軸線路であることを特徴とする高周波線路接続構造。
7. 請求項６記載の高周波線路接続構造において、
   前記接続部の内周側と外周側の両方に前記空間が形成される場合に、前記接続部の内周側の前記空間は、前記第１の高周波線路と前記第２の高周波線路の両方の信号線路の周囲に、前記基材中に形成されたグランドプレーンと接するように形成されるか、または前記基材を介して前記グランドプレーンと隣り合う位置に形成され、
   前記接続部の外周側の前記空間は、前記第１の高周波線路の信号線路と接するように形成され、かつ前記基材を介して前記第２の高周波線路の信号線路と隣り合う位置に形成されることを特徴とする高周波線路接続構造。
8. 絶縁体または半絶縁性半導体からなる基材の表面または前記基材中に形成された第１の 高周波線路と、
   前記基材の表面または前記基材中に形成された、前記第１の高周波線路と延伸方向が異 なる第２の高周波線路と、
   前記第１の高周波線路と前記第２の高周波線路とが接続される箇所で線路の延伸方向を 曲げる接続部とを備え、
   前記接続部の内周側と外周側の両方に、前記基材が除去された空間が形成され、
   前記接続部の内周側の前記空間の総容積は、外周側の前記空間の総容積よりも小さく、 前記接続部の内周側と外周側の前記空間の内部に、前記基材の比誘電率よりも小さい比 誘電率の絶縁体、または前記基材の比誘電率よりも小さい比誘電率の半絶縁性半導体が充 填され、
   前記内周側の前記空間に充填された絶縁体または半絶縁性半導体の比誘電率よりも前記外周側の前記空間に充填された絶縁体または半絶縁性半導体の比誘電率が小さいことを特徴とする高周波線路接続構造。