(57)【要約】      （修正有）【課題】小型で伝送損失が小さいアンテナ回路用の印刷配線板を提供する。【解決手段】印刷配線板１００は、絶縁層１と、絶縁層１の表面および内部に形成された導体層２と、絶縁層１の厚み方向に形成された導波管部３とを含むアンテナ部１０を備える。さらに、導波管部３が導体層２の非形成部４０で構成された導波管４と、導波管４を囲むように導波管４の周縁部に形成されたビア５とを含み、平面視した場合に、導波管４が矩形を有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁層と、
絶縁層の表面および内部に形成された導体層と、
絶縁層の厚み方向に形成された導波管部と、を含むアンテナ部を備え、
導波管部が導体層の非形成部で構成された導波管と、導波管を囲むように導波管の周縁部に形成されたビアとを含み、平面視した場合に導波管が矩形を有していることを特徴とする印刷配線板。
【請求項２】
前記導波管に同軸線路を介して接続された高周波集積回路を含む制御部を、さらに備える請求項１に記載の印刷配線板。
【請求項３】
前記アンテナ部と前記制御部とが熱圧着で一体化されている請求項２に記載の印刷配線板。
【請求項４】
第１の基板と第２の基板とを備え、
第１の基板が、
第１の絶縁層と、第１の絶縁層の表面および内部に形成された第１の導体層と、第１の絶縁層の厚み方向に形成され、第１の導体層の非形成部で構成された第１の導波管および第１の導波管を囲むように第１の導波管の周縁部に形成された第１のビアを含み、平面視した場合に第１の導波管が矩形を有している導波管部とを含む第１のアンテナ部を含み、
第２の基板が、
第２の絶縁層と、第２の絶縁層の表面および内部に形成された第２の導体層と、第２の絶縁層の厚み方向に形成され、第２の導体層の非形成部で構成された第２の導波管および第２の導波管を囲むように第２の導波管の周縁部に形成された第２のビアを含み、平面視した場合に第２の導波管が矩形を有している導波管部とを含む第２のアンテナ部、および
第２の導波管に同軸線路を介して接続された高周波集積回路を含む制御部を含み、
少なくとも一部の第１の導波管と少なくとも一部の第２の導波管とが接続され、
第１の基板と第２の基板とをネジ、接着剤、はんだの少なくとも１つの固定手段で一体化したことを特徴とする印刷配線板。
【請求項５】
高速信号部に存在する第１の絶縁層の誘電正接ａと、高速信号部以外に存在する第２の絶縁層の誘電正接ｂとが、誘電正接ａ≦誘電正接ｂを満足する請求項４に記載の印刷配線板。
【請求項６】
前記絶縁層がガラスクロスをさらに含み、平面視した場合に前記矩形がガラスクロスの繊維方向に対して傾斜している請求項１〜５のいずれかに記載の印刷配線板。
【請求項７】
前記導波管が、ガラスクロスの繊維方向に対して１５〜７５度傾斜している請求項６に記載の印刷配線板。
【請求項８】
前記導波管の長手方向の長さが、下記式（Ｉ）を満足する請求項１〜７のいずれかに記載の印刷配線板。
【数１】
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式（Ｉ）中、εｒは導波管内に存在する絶縁層の比誘電率を示し、μｒは導波管内に存在する絶縁層の比透磁率を示し、λは導波管内を通る電波の波長を示す。
【請求項９】
前記ビアが、前記導波管内を通る電波の波長の１／１０以下のピッチで形成されている請求項１〜８のいずれかに記載の印刷配線板。
【請求項１０】
前記導波管が、穴部を有する請求項１〜９のいずれかに記載の印刷配線板。
【請求項１１】
前記穴部の壁面からビアの壁面までの距離が少なくとも５０μｍである請求項１０に記載の印刷配線板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、アンテナ回路用の印刷配線板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高速信号用のアンテナ回路の伝送線路には小型で伝送損失が小さいことが求められる。さらに、配線基板（印刷配線板）の表面実装密度は極めて高くなっており、印刷配線板の表面に伝送線路を設けることは困難である。そのため、伝送線路を印刷配線板内に形成する技術が知られている。この伝送線路としては、例えば同軸線路、ストリップ線路、マイクロストリップ線路、コプレナー線路、導波管などが知られている。中でも、印刷配線板では、伝送損失が少なく、小型化が可能であることから特許文献１に示すような内部を誘電体（絶縁体）で構成した導波管が用いられる。このような導波管を構成する材料としては、従来、絶縁性布材が含まれない材料（例えばセラミックなど）が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１３９０４２号公報
【発明の概要】
【０００４】
本開示の印刷配線板は、絶縁層と、絶縁層の表面および内部に形成された導体層と、絶縁層の厚み方向に形成された導波管部と、を含むアンテナ部を備え、導波管部が導体層の非形成部で構成された導波管と、導波管を囲むように導波管の周縁部に形成されたビアとを含み、平面視した場合に導波管が矩形を有している。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】本開示の一実施形態に係る印刷配線板を示す説明図である。
【図２】本開示の印刷配線板に係る導波管を平面視した状態を示す平面模式図である。
【図３】本開示の別の実施形態に係る印刷配線板を示す説明図である。
【図４】本開示のさらに別の実施形態に係る印刷配線板を示す説明図である。
【図５】図４の印刷配線板に係る導波管を平面視した一実施形態を示す平面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
上述した特許文献１に示す基板では、セラミックまたはガラスクロスのような絶縁性布材を含まない材料（誘電体）で導波管を構成している。そのため、ガラスクロスに対する考慮がない。ガラスクロスを含む材料は部位によって誘電正接が異なり、電気特性に対する影響が大きい。
【０００７】
これに対して、本開示の印刷配線板では、アンテナ部に含まれる導波管部が、導体層の非形成部で構成された導波管と、導波管を囲むように導波管の周縁部にビアが形成されている。導波管がガラスクロスの部位を考慮しているため、多層用材料として例えばガラスエポキシ材料などによる銅張積層板を用いれば容易に多層化した導波管部を形成でき、コストも抑えることができる。
【０００８】
本開示の一実施形態に係る印刷配線板を、図１に基づいて説明する。図１に示すように、印刷配線板１００は、アンテナ部１０と制御部９０とを含む。このアンテナ部１０は絶縁層１と導体層２と導波管部３を含む。
【０００９】
絶縁層１は、絶縁性を有する素材（絶縁体）であれば特に限定されない。例えば、エポキシ樹脂、ビスマレイミド−トリアジン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂などの有機樹脂などが挙げられる。これらの有機樹脂は２種以上を混合して用いてもよい。この絶縁層１は、ガラスクロスをさらに含んでいてもよい。また、絶縁層１には、シリカ、硫酸バリウム、タルク、クレー、ガラス、炭酸カルシウム、酸化チタンなどの無機充填材が含まれていてもよい。
【００１０】
絶縁層１の表面および内部には、導体を含む導体層２が形成される。導体層２は絶縁層１と交互に複数積層されていてもよい。導体層２には、後述する導波管を構成するための導体の非形成部４０が設けられている。この非形成部４０は導体のみを除去した領域を指す。導体層２の導体としては例えば銅がよい。この導体層２と絶縁層１とで形成される積層板としては、例えば銅張積層板が挙げられる。
【００１１】
絶縁層１の厚み方向には導波管部３が形成される。この導波管部３は、導体層２の非形成部４０で構成された導波管４と、この導波管４を囲むように導波管４の周縁部に形成されたビア５とを含む。導波管部３は、印刷配線板１００のアンテナ部１０の内部に少なくとも１つは設けられ、アンテナ部１０に形成されたアンテナ７と制御部９０とを接続する伝送線路である。
【００１２】
導波管４は、導体層２の導体の非形成部４０に、絶縁層１および導体層２の厚み方向（垂直方向）に形成される。この導波管４は、アンテナ部１０においてアンテナ７となる導体の下部に設けられ、同軸線路８を介して別の導波管４と接続される。また、導波管４は、同軸線路８を介して制御部９０の高周波集積回路９やその他のデバイス６などと接続されていてもよい。導波管４は内部に絶縁層１を有している。
導波管４は、平面視した場合、図２に示すように矩形を有しているのがよい。図２は図１の導波管部３の平面模式図である。このとき、矩形の内部は導体層２の導体が無い。矩形は長方形状であるのがよく、上端と下端とが同じ大きさであるのがよい。導波管４が複数形成されている場合、各導波管４の矩形の大きさは異なっていてもよく、周縁部を囲うビア５の径の大きさや数も異なっていてもよい。この導波管４の形成方法は特に限定されず、例えば導体層２を含むベタパターンをエッチングなどで矩形に抜いて非形成部４０（導波管４）を形成してもよい。
【００１３】
絶縁層１は、ガラスクロス（繊維）をさらに含んでいてもよく、例えばガラス繊維強化プラスチック（含浸樹脂は、エポキシ樹脂、ビスマレイミド−トリアジン樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂など）材料などで形成されていてもよい。このとき、図２に示すように、ガラスクロスを含む絶縁層１において、平面視した場合、導波管４の矩形がガラスクロスの繊維方向に対して傾斜しているのがよい（ガラスクロスの繊維方向とは、図２に矢印で示すように９０度で交差する繊維の縦方向と横方向を指す。ただし、ガラスクロスの織り方はこれに限定されない）。矩形を傾斜させることにより、絶縁層１のガラスクロスの疎密の影響を回避し、より信号品質を安定させることができる。導波管４が複数ある場合、傾斜した導波管４の矩形は１つであってもよいし、全て傾斜していてもよい。さらに、この導波管４の矩形の傾斜角度θは、ガラスクロスの繊維方向に対して、１５〜７５度傾斜しているのがよく、略４５度であるのがさらによい。この傾斜角度θは、導波管４が複数ある場合、全ての導波管４の傾斜角度θが、１５〜７５度の範囲でそれぞれ傾斜しているのがよく、さらに、全ての導波管４の傾斜角度θが同じ傾斜角度を有しているのがよい。
【００１４】
図２に示す導波管４の矩形の長手方向の長さ４１は、導波管４が複数ある場合、それぞれ異なっていてもよいし同じであってもよいが、下記式（Ｉ）を満足するのがよい。長手方向の長さ４１が式（Ｉ）を満足する場合、電波がより通りやすくなり、伝送損失もより減少する。式（Ｉ）中、εｒは導波管内に存在する絶縁層の比誘電率を示す。μｒは導波管内に存在する絶縁層の比透磁率を示す。λは導波管内を通る電波の波長を示す。
【数１】
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【００１５】
ビア５は、異なる導体層２の導体を垂直方向に電気的に接続するものであり、導波管４の矩形の周縁部に導波管４を囲むように複数形成される。ビア５は隣り合うビア同士が間隔（ピッチ）を設けて形成されている。ビア５は直線状に導波管４の周囲に形成されていれば構造は限定されず、内部は中空状で壁面のみに導体があっても、導体が充填されているフィルドビアであってもよい。このビア５としては例えばスキップビア、スタックビア、ビアｏｎＩＶＨ、ＩＶＨ、貫通スルーホールなどが挙げられる。このようにビア５を導波管４の周縁部に隣接させることで、より導波管４の伝送損失を抑制することができる。ビア５の形成方法は特に制限されず、ドリルまたはレーザにより絶縁層１および導体層２を切削して形成される。
【００１６】
導波管４の周縁部に形成される複数のビア５のピッチは、導波管４の内部を通る電波の波長λの１／１０以下のピッチであるのがよい。ビア５のピッチが、導波管４の内部を通る電波の波長λの１／１０以下の場合、不要放射を低減させる利点がある。ピッチ間で共振の発生が抑えられ、電波（信号）がより通過しやすくなる。
【００１７】
同軸線路（同軸導電線路）８は、異なる導波管４同士や、導波管４と高周波集積回路９とを接続する。同軸線路８は導体層２の導体が除去された間を通る。この同軸線路８を構成する誘電体は、同軸線路８の横方向の誘電体と同軸線路８以外の誘電体の誘電正接（tanδ）が、同軸線路(横方向)の誘電体tanδ＜同軸線路以外の誘電体tanδであるのがよい。同軸線路（横方向）は、水平方向の同軸線路のことを示す。同軸線路８が、同軸線路(横方向)の誘電体tanδ＜同軸線路以外の誘電体tanδを実現するには、例えば熱プレスでプリプレグを熱圧着させるときに、予め同軸線路部分のプリプレグを同軸線路に沿って除去してから、プリプレグを重ねればよい。このとき、熱圧着でプリプレグから溶融した樹脂が流れ込んだ部分（予め除去した部分）はガラスクロスが含まれない樹脂のみのため、同軸線路(横方向)の誘電体tanδを同軸線路以外の誘電体tanδより低くすることができる。この同軸線路としては例えば銅配線、アルミニウム配線などが挙げられる。
【００１８】
制御部９０は、アンテナ部１０のアンテナ７が形成された面とは反対の面に形成されるグランド層（ＧＮＤ）であり、導波管４に同軸線路８を介して接続された高周波集積回路（ＲＦＩＣ）９やその他のデバイス６などを備える。その他のデバイス６としては、例えばロジック、メモリ用途の集積回路などが挙げられる。この制御部９０により印刷配線板１００は、電圧や電流などを制御している。
【００１９】
図１に示す印刷配線板１００は、アンテナ部１０と制御部９０とを構成する絶縁層１は同一の絶縁材料を含んでいてもよく、アンテナ部１０および制御部９０は熱圧着で一体化された印刷配線板であってもよい。この熱圧着により一体化する絶縁層１の絶縁材料としては熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂などがよく、例えばエポキシ樹脂、ビスマレイミド−トリアジン樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂などを用いるのがよい。
印刷配線板１００の表面には、さらにソルダーレジスト層（図示せず）が設けてあってもよい。このソルダーレジスト層の材料は、絶縁層１の絶縁材料とは異なっていてもよい。
【００２０】
（別の実施形態）
図３に本開示の別の実施形態に係る印刷配線板を示す。上記した印刷配線板１００の部材と同じ作用を有する部材には、同符号を付して説明は省略する。
図３に示す印刷配線板１０１は、第１のアンテナ部１１を含む第１の基板１０１ａと、第２のアンテナ部１２と制御部９０とを含む第２の基板１０１ｂとから構成される。
【００２１】
図３に示す第１のアンテナ部１１は、第１の絶縁層１ａと、第１の絶縁層１ａの表面および内部に形成された第１の導体層２ａと、第１の絶縁層１ａの厚み方向に形成され、第１の導体層２ａの非形成部で構成された第１の導波管４ａおよび第１の導波管４ａを囲むように第１の導波管４ａの周縁部に形成された第１のビア５ａを含み、平面視した場合に第１の導波管４ａが矩形を有している第１の導波管部３ａとを含む。この第１のアンテナ部１１は、上記した印刷配線板１００のアンテナ部１０（図１参照）の一部を分離し、独立した基板とする構造である。アンテナ部１１の各部材は上記したアンテナ部１０で説明した通りであり、詳細は省略する。
【００２２】
図３に示す第２のアンテナ部１２は、第２の絶縁層１ｂと、第２の絶縁層１ｂの表面および内部に形成された第２の導体層２ｂと、第２の絶縁層１ｂの厚み方向に形成され、第２の導体層２ｂの非形成部で構成された第２の導波管４ｂおよび第２の導波管４ｂを囲むように第２の導波管４ｂの周縁部に形成された第２のビア５ｂを含み、平面視した場合に第２の導波管４ｂが矩形を有している第２の導波管部３ｂとを含む。また、制御部９０は、第２の導波管４ｂに同軸線路８を介して接続された高周波集積回路９を含む。この第２のアンテナ部１２は、制御部９０内に含まれている。アンテナ部１２および制御部９０の各部材は上記したアンテナ部１０で説明した通りであり、詳細は省略する。
【００２３】
第１の基板１０１ａと第２の基板１０１ｂとは、少なくとも一部の第１の導波管４ａと少なくとも一部の第２の導波管４ｂとが接続されて、第１のアンテナ部１１と第２のアンテナ部１２との間で信号が伝送される。より詳細に述べると、第１の導波管４ａおよび第２の導波管４ｂの接続は、アンテナ７と反対面に形成した第１の導波管部３ａの第１の導波管４ａと、制御部９０の高周波集積回路９と反対面に形成した第２の導波管部３ｂの第２の導波管４ｂが直列になっているのがよい。
このとき、第１の基板１０１ａ（誘電体）のtanδ≦第２の基板１０１ｂ（誘電体）のtanδを満足するのがよい。
さらに、接続された第１の導波管４ａと第２の導波管４ｂは、第１の絶縁層１ａおよび第２の絶縁層１ｂがそれぞれガラスクロスを含むとき、平面視した場合のそれぞれの矩形が、ガラスクロスの繊維方向に対して傾斜していれば、より信号品質が安定してよい。
【００２４】
第１の基板１０１ａと第２の基板１０１ｂとは、固定手段により容易に一体化される。そのため、基板に第１および第２の導波管４ａ、４ｂのように、信号伝送のための接続可能な導波管を少なくとも１つずつ設けていれば、上記した固定手段で容易にアンテナ部同士またはアンテナ部と制御部とを接続できる。導波管で接続されるならば、第１の基板１０１ａおよび第２の基板１０１ｂの厚みや大きさは異なっていてもよい。上記した固定手段とは、例えばネジ、接着剤（熱硬化性樹脂など）、はんだのうちの少なくとも１つが挙げられる。中でもネジを用いて固定するのが、接着性やコストの面から良い。
【００２５】
第１の絶縁層１ａおよび第２の絶縁層１ｂは、それぞれ異なる絶縁材料で形成されていてもよい。第１の絶縁層１ａおよび第２の絶縁層１ｂの絶縁材料としては、例えばエポキシ樹脂、ビスマレイミド−トリアジン樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂などが挙げられる。第１の絶縁層１ａおよび第２の絶縁層１ｂが同一の絶縁材料で形成されていれば、アンテナ７により近い側の第１のアンテナ部１１も第２のアンテナ部１２も高速信号部となる。このように高速信号部が存在するアンテナ部は、印刷配線板の中で複数層にわたって形成してもよい。
【００２６】
さらに、第１のアンテナ部１１の高速信号部に存在する第１の絶縁層１ａの誘電正接ａと、制御部９０に存在する第２の絶縁層１ｂの誘電正接ｂとは、誘電正接ａ≦誘電正接ｂを満足するのがよい。このように高速信号部の誘電正接を低くすることにより、アンテナ部の導波管を通る信号の遅延や波形の乱れなどをより防ぐことができる。
【００２７】
同軸線路８は、同軸線路(横方向)の誘電体tanδSIG <同軸線路以外の誘電体tanδGNDを満足するのがよい。SIGとは、第１の基板１０１ａまたは第２の基板１０１ｂを指す。同軸線路以外の誘電体tanδGNDは、第１の基板１０１ａまたは第２の基板１０１ｂより大き過ぎることはない。
【００２８】
（さらに別の実施形態）
図４に本開示のさらに別の実施形態に係る印刷配線板を示す。上記した印刷配線板１００の部材と同じ作用を有する部材には、同符号を付して説明は省略する。図４に示す印刷配線板１０２は、第１のアンテナ部１３を含む第１の基板１０２ａと、第２のアンテナ部１４と制御部９０とを含む第２の基板１０２ｂとから構成される。第１の基板１０２ａと、第２の基板１０２ｂは、固定手段により容易に一体化され、印刷配線板１０２となる。
【００２９】
図４に示す印刷配線板１０２において、第１のアンテナ部１３の下面側（第２のアンテナ部１４と対向する側）および第２のアンテナ部１４に形成された導波管４ａおよび導波管４ｂには穴部４４が設けられる。穴部４４は、導波管４ａ、４ｂの内部の絶縁層１（絶縁材料）を切除（切削）した印刷配線板１０２の厚さ方向に非貫通の穴である。この穴部４４は一端が開口しており、周囲の第１および第２のビア５ａ、５ｂと、矩形の導波管４ａ、４ｂの内側の第１および第２の導体層２ａ、２ｂの端部は露出しない。穴部４４を導波管内部に設ける場合、導波管内部の比誘電率が、絶縁材料のεｒ＝３〜４より低い、真空のεｒ＝１や空気のεｒ≒１に下がる。そのため、導波管内部が絶縁材料で充填された場合より伝送損失を低減させることができる。特に、比誘電率の異なる絶縁材料（絶縁層）により形成された第１および第２の基板１０２ａ、１０２ｂを、それぞれ穴部４４を設けた導波管４ａ、４ｂを向かい合わせにして接続する場合に効果がある。
【００３０】
穴部４４は、導波管の特性に影響が出ないように、図５に示すように、導波管４の矩形内に収まり、且つ穴部４４の外周面（壁面）から第１および第２のビア５ａ、５ｂの壁面まである程度の距離を有している。この距離は穴部４４の壁厚のことを指す。穴部４４の開口の形状は、導波管４の矩形内に収まっていてれば特に限定されないが、矩形あるいは楕円形（長円形）であるのがよい。穴部４４の壁面からビア５及び導体層２の導体までの距離は短いほど、残った絶縁層１（絶縁材料）の影響が減って導波管の特性は良くなるものの、穴部４４にビア５や導体層２の導体を露出させないようにする必要がある。そのため、穴部４４の壁面からビア５の壁面までの距離、すなわち穴部４４の壁厚を少なくとも５０μｍとするのがよく、５０〜１００μｍであればさらによい。この穴部４４の底面は同軸線路８に接触しない。より詳細に述べると、穴部４４内で、導波管４ａ、４ｂと同軸線路８の接続箇所の部分（少なくとも同軸線路８の中心部の導体）は露出することはない。
【００３１】
このような穴部４４は、導波管にザグリを入れて空洞にする方法で設けられ、例えばレーザ、ドリル、ルータ、ウェットブラストなどの方法で設けられるが、特にドリルを用いるのがよい。形成される穴部４４の先端の形状は特に限定されず、例えば円錐状、円柱状、ドーム状（断面半球形状）などが挙げられる。
【００３２】
本開示の印刷配線板は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の改善または改良が可能である。例えば、印刷配線板１０１を、第１の基板１０１ａと第２の基板１０１ｂとの２段構造ではなく、さらに導波管を有する基板を複数積層したビルドアップ構造や多層構造としてもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１    絶縁層
１ａ  第１の絶縁層
１ｂ  第２の絶縁層
２    導体層
２ａ  第１の導体層
２ｂ  第２の導体層
３    導波管部
３ａ  第１の導波管部
３ｂ  第２の導波管部
４    導波管
４ａ  第１の導波管
４ｂ  第２の導波管
４０  非形成部
４１  長手方向の長さ
４４  穴部
５    ビア
５ａ  第１のビア
５ｂ  第２のビア
６    その他のデバイス
７    アンテナ
８    同軸線路
９    高周波集積回路
１０  アンテナ部
１１、１３、１５  第１のアンテナ部
１２、１４  第２のアンテナ部
９０  制御部
１００、１０１、１０２  印刷配線板
【図１】
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【図２】
2018125833.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図５】
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