(57)【要約】【課題】加工が容易で、挿入損失を小さくでき、しかも電磁シールド性を向上させることのできる配線基板を提供する。【解決手段】第１グランドパターン１１上に形成された第１誘電体層１０と、第１誘電体層上に形成された信号パターン１２、第１及び第２コプレナグランドパターン１３，１４と、信号パターン、第１コプレナグランドパターン及び第２コプレナグランドパターンを覆うように第１誘電体層上に形成された第２誘電体層１５と、第２誘電体層上に形成された第２グランドパターン１６と、第１グランドパターン、第１コプレナグランドパターン及び第２グランドパターンを接続し信号パターンに並行するように所定間隔で配置された第１スルーホール１７と、第１グランドパターン、第２コプレナグランドパターン及び第２グランドパターンを接続し信号パターンに並行するように所定間隔で配置された第２スルーホール１８を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１グランドパターンと、
前記第１グランドパターン上に形成された第１誘電体層と、
前記第１誘電体層上に形成された信号パターンと、
前記第１誘電体層上で且つ前記信号パターンの両側に該信号パターンに並行するように形成された第１及び第２コプレナグランドパターンと、
前記第１誘電体層上に、前記信号パターン、前記第１及び第２コプレナグランドパターンを覆うように形成された第２誘電体層と、
前記第２誘電体層上に形成された第２グランドパターンと、
前記第１グランドパターン、前記第１コプレナグランドパターン及び第２グランドパターンを接続する第１スルーホールと、
前記第１グランドパターン、前記第２コプレナグランドパターン及び第２グランドパターンを接続する第２スルーホールと、
を備えたことを特徴とする配線基板。
【請求項２】
前記第１及び第２スルーホールの各々は、前記信号パターンに並行するように所定間隔で配置されていることを特徴とする請求項１記載の配線基板。
【請求項３】
前記所定間隔は、前記信号パターンを伝送される高周波信号の波長λの１／２以下に形成されていることを特徴とする請求項２記載の配線基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波信号の伝送線路に好適な配線基板に関し、特に挿入損失の抑制及び加工の容易性を向上させるための配線基板の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高周波モジュール間を接続するために、例えば同軸ケーブルが使用されている。一方、最近は、例えばフッ素樹脂から成る薄い誘電体を伝送線路に用いた薄型のリジット・フレキシブル基板が開発されている。そこで、この薄型のリジット・フレキシブル基板を高周波伝送線路として使用し、高周波モジュール間を接続することが考えられる。
【０００３】
従来、配線基板に形成される高周波伝送線路としては、マイクロストリップ線路、ストリップ線路、コプレナ線路、グランデッドコプレナ線路などが知られている。
【０００４】
マイクロストリップ線路は、図５（ａ）に示すように、誘電体層１０の一方の面に信号パターン１２が形成され、誘電体層１０の他方の面にグランドパターン１１が形成されることにより構成されている。
【０００５】
また、ストリップ線路は、図５（ｂ）に示すように、図５（ａ）に示したマイクロストリップ線路の上に第２誘電体層１５が積層され、この第２誘電体層１５の上に第２グランドパターン１６が形成されることにより構成されている。
【０００６】
また、コプレナ線路は、図５（ｃ）に示すように、誘電体層１０の一方の面に信号パターン１２と、この信号パターン１２の両側に該信号パターン１２に並行するように第１コプレナグランドパターン１３及び第２コプレナグランドパターン１４が形成されることにより構成されている。
【０００７】
さらに、グランデッドコプレナ線路は、図５（ｄ）に示すように、図５（ｃ）に示したコプレナ線路の信号パターン１２が形成されている面と反対側の面にグランドパターン１１が形成されることにより構成されている。
【０００８】
なお、コプレナ線路に関連する技術として、５〜１０ＧＨｚ以上等の高周波信号を伝える信号線路を持つ高周波用配線基板が知られている（特許文献１参照）。この高周波用配線基板は、絶縁基板の一方の面に信号線路と、この信号線路に並列に設けられ、その端部が絶縁基板の端部より内側になるように形成されたグランドパターンとを備え、他方の面にグランドを備え、グランドパターンとグランドとの間は複数の導体ビアを介して電気的に接続されている。そして、グランドパターンの端部と該端部に最も近い導体ビアとの間の距離が、信号線路を伝送される高周波信号の波長λの１／４未満に形成されている。
【０００９】
この構成によれば、グランドパターンの端部に存在するスタブが信号線路に伝える高周波信号に悪影響を与える虞のない高周波用配線基板が得られる。
【００１０】
また、他の関連する技術として、高周波信号を伝送するための平面伝送線路に関し、ミリ波帯における信号伝送損失が低減された広帯域なグランデッド・コプレナウェーブガイドが知られている（特許文献２参照）。このグランデッド・コプレナウェーブガイドは、誘電体基板の第１の面に形成されたストリップ導体及び一対の第１のグランド電極と、誘電体基板の第１の面に対向する第２の面に形成された第２のグランド電極と、第１のグランド電極と第２のグランド電極とを電気的に接続する導電性スルーホールと、第１のグランド電極と第２のグランド電極とを電気的に接続する他の導電性スルーホールとを備える。誘電体基板の比誘電率をεr、ストリップ導体を伝搬する高周波信号の空気中での波長をλ、ストリップ導体の長さ方向に垂直な面内での導電性スルーホール間の最短距離をＷとするとき、Ｗ＜λ／（２√εr）を満足するようにＷの値が設定される。これにより、ミリ波帯における伝送損失が低減される。
【特許文献１】特開平９−４６００８号公報
【特許文献２】特開２０００−２１６６０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述したような、薄い誘電体を伝送線路に用いた配線基板の場合、高周波伝送において５０Ω線路を構成するための信号線路の幅が狭くなり、パターン加工が困難になるという製造上の問題や、挿入損失が大きいという問題が生じる。特にストリップ線路では、厚さが８０μｍのフッ素樹脂（誘電率εｒ＝２．６、誘電正接ｔａｎδ＝０．００３）を用いた配線基板の場合、５０Ω線路の信号線路の幅は９７μｍと狭く、挿入損失は２０ＧＨｚで０．５３６ｄＢ／ｃｍ（３Ｄ＿ＥＭ計算値）と大きい。また、マイクロストリップ線路、コプレナ線路及びグランデッドコプレナ線路を伝送線路として用いた場合は、誘電体層の両面がグランドパターンで覆われていないため、電磁シールド性に劣るという問題もある。
【００１２】
本発明は、加工が容易で、挿入損失を小さくすることができ、しかも電磁シールド性を向上させることのできる配線基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る請求項１の配線基板は、第１グランドパターンと、前記第１グランドパターン上に形成された第１誘電体層と、前記第１誘電体層上に形成された信号パターンと、前記第１誘電体層上で且つ前記信号パターンの両側に該信号パターンに並行するように形成された第１及び第２コプレナグランドパターンと、前記第１誘電体層上に、前記信号パターン、前記第１及び第２コプレナグランドパターンを覆うように形成された第２誘電体層と、前記第２誘電体層上に形成された第２グランドパターンと、前記第１グランドパターン、前記第１コプレナグランドパターン及び第２グランドパターンを接続する第１スルーホールと、前記第１グランドパターン、前記第２コプレナグランドパターン及び第２グランドパターンを接続する第２スルーホールとを備えたことを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る請求項２では、請求項１記載の配線基板において、前記第１及び第２スルーホールの各々は、前記信号パターンに並行するように所定間隔で配置されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る請求項３では、請求項２記載の配線基板において、前記所定間隔は、前記信号パターンを伝送される高周波信号の波長λの１／２以下に形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の配線基板によれば、薄肉化された基板においても信号品質の高い高周波信号を伝搬させることを可能とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施例に係る配線基板を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下では、背景技術の欄で説明した構成要素と同一または相当部分には、背景技術の欄で使用した符号を付して説明する。また、以下では、理解を容易にするために、各構成要素等のサイズを示しているが、サイズは例示にすぎず、必要に応じて適宜変更することができる。
【実施例１】
【００１８】
本発明の実施例１に係る配線基板は、信号パターンの両側にコプレナグランドパターンを配置したコプレナ構造を構成し、この上に誘電体を積層して多層化し、さらに、上下両面をグランドパターンで挟んだ構造を有する薄板から構成されている。
【００１９】
図１は本発明の実施例１に係る配線基板の構造を示す図であり、図１（ａ）は配線基板の断面図、図１（ｂ）は配線基板の平面図である。図２は本発明の実施例１に係る配線基板の斜視図である。
【００２０】
この配線基板は、第１誘電体層１０の一方の面（図中の下面）に第１グランドパターン１１が形成され、第１誘電体層１０の他方の面（図中の上面）に信号パターン１２、第１コプレナグランドパターン１３及び第２コプレナグランドパターン１４が形成されている。第１コプレナグランドパターン１３及び第２コプレナグランドパターン１４は、信号パターン１２の両側に該信号パターン１２に並行するように形成され、低電位の配線がグランドに落ちている。第１グランドパターン１１、信号パターン１２、第１コプレナグランドパターン１３及び第２コプレナグランドパターン１４は、厚さが９μｍの例えば銅板で構成することができる。
【００２１】
第１誘電体層１０は、例えばフッ素樹脂（誘電率εｒ＝２．６、誘電正接ｔａｎδ＝０．００３）から構成されており、その厚さは、例えば８０μｍとすることができる。また、信号パターン１２の幅は、例えば０．２ｍｍとすることができる。また、第１コプレナグランドパターン１３及び第２コプレナグランドパターン１４の幅は、信号パターン１２との間における電界の発生に寄与する部分では、第１コプレナグランドパターン１３及び第２コプレナグランドパターン１４の信号パターン１２の側のごく一部であるので、任意に定めることができる。
【００２２】
また、信号パターン１２と第１コプレナグランドパターン１３及び第２コプレナグランドパターン１４との間のギャップの幅は、信号パターン１２によって形成される伝送線路のインピーダンスによって決定される。信号パターン１２によって５０Ω線路を構成する場合、例えば０．１ｍｍとすることができる。
【００２３】
第１誘電体層１０上には、信号パターン１２、第１コプレナグランドパターン１３及び第２コプレナグランドパターン１４を覆うように第２誘電体層１５が積層されている。第２誘電体層１５は、第１誘電体層１０と同様に、例えばフッ素樹脂から構成されており、その厚さは、例えば８０μｍとすることができる。第２誘電体層１５の表面には第２グランドパターン１６が形成されている。この第２グランドパターン１６は、厚さが９μｍの例えば銅板で構成することができる。
【００２４】
また、第１グランドパターン１１、第１コプレナグランドパターン１３及び第２グランドパターン１６の間を電気的に接続するように、λ／２以下（例えば１ｍｍ）の間隔で配置された複数の第１スルーホール１７が設けられている。同様に、第１グランドパターン１１、第２コプレナグランドパターン１４よび第２グランドパターン１６の間を電気的に接続するように、λ／２以下の間隔で配置された複数の第２スルーホール１８が設けられている。また、第１スルーホール１７及び第２スルーホール１８の径は、例えば０．３ｍｍとすることができる。
【００２５】
上述した構造を有する配線基板は、次の手順で設計が行われる。即ち、まず、信号パターン１２の幅が、加工が容易なサイズ、例えば０．２ｍｍに決定される。次に、信号パターン１２によって形成する伝送線路のインピーダンスに応じて、第１誘電体層１０及び第２誘電体層１５の材質及び厚さが決定される。第１誘電体層１０及び第２誘電体層１５の材質としては、上述したフッ素樹脂を用いることができ、厚さは例えば８０μｍとすることができる。
【００２６】
次に、信号パターン１２と第１コプレナグランドパターン１３及び第２コプレナグランドパターン１４との間のギャップの幅が、信号パターン１２によって形成する伝送線路のインピーダンスに応じて決定される。このギャップの幅は、５０Ω線路を構成する場合は、例えば０．１ｍｍとすることができる。この場合、第１コプレナグランドパターン１３及び第２コプレナグランドパターン１４の幅は任意である。以上により、伝送線路の電気特性が決定される。
【００２７】
次に、上記のように構成される本発明の実施例１に係る配線基板の特徴を、従来の配線基板と比較しながら説明する。
【００２８】
図５（ａ）に示すマイクロストリップ線路では、高周波回路で多く使用される５０Ω線路を構成するためには、８０μｍの厚さを有するフッ素樹脂（誘電率εｒ＝２．６、誘電正接ｔａｎδ＝０．００３）から成る誘電体層１０の上に形成する信号パターン１２の幅は、計算上、２１２μｍになる。この場合、２０ＧＨｚにおける挿入損失は０．３０３ｄＢ／ｃｍになる。
【００２９】
一方、図５（ｂ）に示すストリップ線路では、５０Ω線路を構成するためには、８０μｍの厚さを有するフッ素樹脂から成る第１誘電体層１０と８０μｍの厚さを有するフッ素樹脂から成る第２誘電体層１５とで挟まれる信号パターン１２の幅は、計算上、９７μｍになる。この場合、２０ＧＨｚにおける挿入損失は０．５３６ｄＢ／ｃｍになる。
【００３０】
これに対し、本発明の実施例１に係る配線基板に５０Ω線路を構成するためには、第１誘電体層１０及び第２誘電体層１５を各々８０μｍの厚さのフッ素樹脂（誘電率εｒ＝２．６、誘電正接ｔａｎδ＝０．００３）で構成し、信号パターン１２の幅を２００μｍ、信号パターン１２と第１コプレナグランドパターン１３及び第２コプレナグランドパターン１４との間のギャップをそれぞれ１００μｍ、第１スルーホール１７及び第２スルーホール１８の径を０．３ｍｍ、第１スルーホール１７及び第２スルーホール１８の配置間隔を１ｍｍとした場合、２０ＧＨｚにおける挿入損失は０．２２ｄＢ／ｃｍになる。
【００３１】
以上のように、コプレナ構造を有することで、配線基板を薄板に構成しても、５０Ω線路を構成する場合に、信号パターン１２の幅を広くすることができるので、加工が容易になり、しかも、挿入損失を従来のマイクロストリップ線路やストリップ線路に比べて小さくすることができる。
【００３２】
また、図５（ｂ）に示したストリップ線路の場合は、上下方向の電磁波は第１グランドパターン１１及び第２グランドパターン１６により遮蔽できるが、左右方向の電磁波に対する遮蔽は不可能であり、電磁シールド性に劣るという欠点を有する。
【００３３】
これに対し、本発明の実施例１に係る配線基板によれば、第１グランドパターン１１から第１コプレナグランドパターン１３を介して第２グランドパターン１６を接続する第１スルーホール１７をλ／２以下の間隔で設けるとともに、第１グランドパターン１１から第２コプレナグランドパターン１４を介して第２グランドパターン１６を接続する第２スルーホール１８をλ／２以下の間隔で設けたので、左右方向に発生するλ以上の波長を有する電磁波の漏洩を阻止することができる。
【００３４】
従って、外部から到来する電磁波によって信号パターン１２を伝送される信号の影響を受けるのを排除できるとともに、信号パターン１２を伝送される信号に起因して外部に電磁波が放出されるのを阻止することができるので、電磁シールド性が向上する。
【００３５】
また、図５（ｃ）に示すコプレナ線路及び図５（ｄ）に示すグランデッドコプレナ線路の場合は、ＯＤＤモードを抑圧するために、第１コプレナグランドパターン１３と第２コプレナグランドパターン１４とを接続して同電位にするためのエアブリッジが必要であるが、本発明の実施例１に係る配線基板によれば、第１スルーホール１７及び第２スルーホールによって第１コプレナグランドパターン１３と第２コプレナグランドパターン１４とが電気的に接続されるので、エアブリッジは不要になる。
【００３６】
また、上述した配線基板によれば、多層基板の薄型化が可能になる。また、薄型基板のフレキシブル性から、高周波信号のユニット間接続（いわゆるリジット・フレキシブル基板）に用いることができる。
【００３７】
なお、上述した実施例１では、１つの信号パターン１２によって１つの伝送線路を構成する場合について説明したが、図３に示すように、図１に示した構成を左右方向に繋げて構成することにより、複数信号の配線用として使用することができる。
【００３８】
また、図４に示すように、図１に示した構成を上下方向に繋げて構成することにより、複数信号の配線用として使用することができる。さらには、図３に示した構成と図４に示した構成とを組み合わせて、より多くの信号の配線用として使用することもできる。
【００３９】
本発明の配線基板によれば、第１誘電体層、信号パターン、第１コプレナグランドパターン及び第２コプレナグランドパターンにより構成されるコプレナ構造を有するので、例えば５０Ω線路を構成する場合に、信号パターンの幅を広くすることができるので、パターン加工が容易になり、また、挿入損失を小さくすることができる。また、配線基板の外側に第１グランドパターン及び第２グランドパターンにより上下方向の電磁波が遮蔽され、また、第１スルーホール及び第２スルーホールにより左右方向の電磁波が遮蔽されるので、電磁シールド性を向上させることができる。
【００４０】
本発明の配線基板によれば、１及び第２スルーホールの各々を信号パターンに並行するように所定間隔で配置したので、第１スルーホール及び第２スルーホールにより左右方向の電磁波が遮蔽されるので、電磁シールド性を向上させることができる。
【００４１】
本発明の配線基板によれば、所定間隔を信号パターンを伝送される高周波信号のカットオフ周波数以下となるようこの信号の波長λの１／２以下に形成したので、左右方向に発生するより高い周波数の電磁波の漏洩を阻止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明に係る配線基板は、マイクロ回線、ＦＷＡ（加入者無線アクセス）などマイクロ波、準ミリ波帯無線通信システムに適用可能である。より詳しくは、本発明に係る配線基板を用いることにより、無線送受信モジュールを小形化することができる。
【００４３】
また、配線基板を薄型化できるので、そのフレキシブル性により、高周波伝送用フレキシブル基板として用いれば、無線送受信モジュール内のユニット間接続に、高周波信号接続のためのケーブルコネクタが不要になり、インターフェース部の構造を簡易化できる。その結果、材料費・加工費の低減を図ることができるので、無線送受信モジュールの小形化・低価格化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施例１に係る配線基板の構造を示す図である。
【図２】本発明の実施例１に係る配線基板の斜視図である。
【図３】本発明の実施例１に係る配線基板の変形例を示す断面図である。
【図４】本発明の実施例１に係る配線基板の他の変形例を示す断面図である。
【図５】従来の伝送線路を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０…第１誘電体層、１１…第１グランドパターン、１２…信号パターン  、１３…第１コプレナグランドパターン、１４…第２コプレナグランドパターン、１５…第２誘電体層、１６…第２グランドパターン、１７…第１スルーホール、１８…第２スルーホール。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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