(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１の誘電体層と、第１の導体層と、第２の誘電体層と、第２の導体層がこの順で積層された構造を含み、前記第１の導体層に第１のスロットが形成され、前記第２の導体層に給電線路が形成され、前記第１の誘電体層の表面側に第１のグランドが配され、前記第１のグランドにおいて第１のスロットに対応する部分が、該第１のスロットよりも広く開口された構造を有する第１の高周波回路基板と、
少なくとも第３の誘電体層と、第３の導体層と、第４の誘電体層と、第４の導体層がこの順で積層された構造を含み、前記第３の導体層に第２のスロットが形成され、前記第４の導体層に給電線路が形成され、前記第３の誘電体層の表面側に第２のグランドが配され、前記第２のグランドにおいて第２のスロットに対応する部分が、該第２のスロットよりも広く開口された構造を有する第２の高周波回路基板を備え、
前記第１の誘電体層と前記第３の誘電体層とが対向するように、前記第１の高周波回路基板と前記第２の高周波回路基板が配置され、前記第１のスロットと前記第２のスロットとが電磁界結合するように配置され、
前記第１のグランドと前記第２のグランドが接して配置されていることを特徴とする高周波回路基板。
【請求項２】
前記第１のグランドと前記第１の導体層とがビアホールで接続され、前記第２のグランドと前記第３の導体層とがビアホールで接続されていることを特徴とする請求項１に記載の高周波回路基板。
【請求項３】
前記第１のスロットと前記第２のスロットとが向かい合う位置関係を保持して配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の高周波回路基板。
【請求項４】
前記第１の高周波回路基板、及び／又は前記第２の高周波回路基板の替わりに、第３の高周波回路基板を設けた高周波回路基板であり、該第３の高周波回路基板が、第５の誘電体層と、第５の導体層と、第６の誘電体層と、第７の導体層と、第７の誘電体層と、グランド層とがこの順に積層された構成を含み、前記第５の導体層に第３のスロットが形成され、前記第７の導体層に第４のスロットと給電線路が電磁界結合されるように形成され、前記第３のスロットと、前記第４のスロットと、前記第３の高周波回路基板と対向して配置されている高周波回路基板に設けられたスロットとが、電磁界結合されるよう各スロットが配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の高周波回路基板。
【請求項５】
前記第１の高周波回路基板、及び／又は前記第２の高周波回路基板の替わりに、第４の高周波回路基板を設けた高周波回路基板であり、該第４の高周波回路基板が、第８の誘電体層と、第８の導体層と、第９の誘電体層と、第９の導体層と、第１０の誘電体層と、第１０の導体層とがこの順で積層された構成を含み、前記第９の導体層および前記第１０の導体層および少なくとも該第９および第１０の導体層を接続するビアホールとにより導波管が形成され、前記第８の導体層に第５のスロットが形成され、前記第９の導体層に第６のスロットが形成され、前記第５のスロットと、前記第６のスロットと、前記第４の高周波回路基板と対向して配置されている高周波回路基板に設けられたスロットとが、電磁界結合されるよう各スロットが配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の高周波回路基板。
【請求項６】
前記第３の高周波回路基板と対向して配置されている高周波回路基板に設けられたスロットと、前記第３のスロットとが向かい合う位置関係を保持して配置され、かつ、前記第３のスロットと前記第４のスロットとが向かい合う位置関係を保持して配置されていることを特徴とする請求項４に記載の高周波回路基板。
【請求項７】
前記第４の高周波回路基板と対向して配置されている高周波回路基板に設けられたスロットと、前記第５のスロットとが向かい合う位置関係を保持して配置され、かつ、前記第５のスロットと前記第６のスロットとが向かい合う位置関係を保持して配置されていることを特徴とする請求項５に記載の高周波回路基板。
【請求項８】
前記第１の誘電体層と、前記第３の誘電体層と、前記第５の誘電体層と、前記第８の誘電体層の少なくとも１つには凹部がスロットの位置に形成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の高周波回路基板。
【請求項９】
前記第１の誘電体層と、前記第３の誘電体層と、前記第５の誘電体層と、前記第８の誘電体層の少なくとも１つには凹部が形成され、当該凹部の底面に前記スロットが露出されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の高周波回路基板。
【請求項１０】
少なくとも第１の誘電体層と、第１の導体層と、第２の誘電体層と、第２の導体層がこの順で積層された構造を含み、前記第１の導体層に第１のスロットが形成され、前記第２の導体層に給電線路が形成された構造を有する第１の高周波回路基板と、少なくとも第３の誘電体層と、第３の導体層と、第４の誘電体層と、第４の導体層がこの順で積層された構造を含み、前記第３の導体層に第２のスロットが形成され、前記第４の導体層に給電線路が形成された構造を有する第２の高周波回路基板を備え、
前記第１の誘電体層と前記第３の誘電体層とが対向するように、前記第１の高周波回路基板と前記第２の高周波回路基板が配置され、前記第１のスロットと前記第２のスロットとが電磁界結合するように配置され、
前記第１の誘電体層と、前記第３の誘電体層の少なくとも１つに凹部がスロットの位置に形成されていることを特徴とする高周波回路基板。
【請求項１１】
少なくとも第１の誘電体層と、第１の導体層と、第２の誘電体層と、第２の導体層がこの順で積層された構造を含み、前記第１の導体層に第１のスロットが形成され、前記第２の導体層に給電線路が形成された構造を有する第１の高周波回路基板と、少なくとも第３の誘電体層と、第３の導体層と、第４の誘電体層と、第４の導体層がこの順で積層された構造を含み、前記第３の導体層に第２のスロットが形成され、前記第４の導体層に給電線路が形成された構造を有する第２の高周波回路基板を備え、
前記第１の誘電体層と前記第３の誘電体層とが対向するように、前記第１の高周波回路基板と前記第２の高周波回路基板が配置され、前記第１のスロットと前記第２のスロットとが電磁界結合するように配置され、
前記第１の誘電体層と、前記第３の誘電体層の少なくとも１つに凹部が形成され、当該凹部の底面に前記スロットが露出されていることを特徴とする高周波回路基板。
【請求項１２】
前記第１のスロットと前記第２のスロットとが向かい合う位置関係を保持して配置されていることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の高周波回路基板。
【請求項１３】
前記第１の高周波回路基板、及び／又は前記第２の高周波回路基板の替わりに、第３の高周波回路基板を設けた高周波回路基板であり、該第３の高周波回路基板が、第５の誘電体層と、第５の導体層と、第６の誘電体層と、第７の導体層と、第７の誘電体層と、グランド層とがこの順に積層された構成を含み、前記第５の導体層に第３のスロットが形成され、前記第７の導体層に第４のスロットと給電線路が電磁界結合するように形成され、前記第３のスロットと、前記第４のスロットと、前記第３の高周波回路基板と対向して配置されている高周波回路基板に設けられたスロットとが、電磁界結合されるよう各スロットが配置されていることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれかに記載の高周波回路基板。
【請求項１４】
前記第１の高周波回路基板、及び／又は前記第２の高周波回路基板の替わりに、第４の高周波回路基板を設けた高周波回路基板であり、該第４の高周波回路基板が、第８の誘電体層と、第８の導体層と、第９の誘電体層と、第９の導体層と、第１０の誘電体層と、第１０の導体層とがこの順で積層された構成を含み、前記第９の導体層および前記第１０の導体層および少なくとも該第９および第１０の導体層を接続するビアホールとにより導波管が形成され、前記第８の導体層に第５のスロットが形成され、前記第９の導体層に第６のスロットが形成され、前記第５のスロットと、前記第６のスロットと、前記第４の高周波回路基板と対向して配置されている高周波回路基板に設けられたスロットとが、電磁界結合されるよう各スロットが配置されていることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれかに記載の高周波回路基板。
【請求項１５】
前記第３の高周波回路基板と対向して配置されている高周波回路基板に設けられたスロットと、前記第３のスロットとが向かい合う位置関係を保持して配置され、かつ、前記第３のスロットと前記第４のスロットとが向かい合う位置関係を保持して配置されていることを特徴とする請求項１３に記載の高周波回路基板。
【請求項１６】
前記第４の高周波回路基板と対向して配置されている高周波回路基板に設けられたスロットと、前記第５のスロットとが向かい合う位置関係を保持して配置され、かつ、前記第５のスロットと前記第６のスロットとが向かい合う位置関係を保持して配置されていることを特徴とする請求項１４に記載の高周波回路基板。
【請求項１７】
前記凹部に、貫通穴が形成された導体板が挿入されていることを特徴とする請求項８乃至１５のいずれかに記載の高周波回路基板。
【請求項１８】
前記導体板に形成された貫通穴の開口寸法が導体板内部で少なくとも２段階に異なっており、ステップ構造を有することを特徴とする請求項１７に記載の高周波回路基板。
【請求項１９】
前記ステップ構造に誘電体板が挿入されたことを特徴とする請求項１８に記載の高周波回路基板。
【請求項２０】
前記対向して配置された高周波回路基板同士が、前記貫通穴を介して電磁界結合されることを特徴とする請求項１７乃至１９のいずれかに記載の高周波回路基板。
【請求項２１】
前記第１の高周波回路基板又は前記第２の高周波回路基板又は前記第３の高周波回路基板のいずれかが、アンテナを含む基板であることを特徴とする請求項１乃至２０のいずれかに記載の高周波回路基板。
【請求項２２】
前記第１の高周波回路基板又は前記第２の高周波回路基板又は前記第３の高周波回路基板のいずれかの前記給電線路に半導体素子が接続されていることを特徴とする請求項１乃至２１のいずれかに記載の高周波回路基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波・ミリ波に適用可能な高周波技術に係り、特に基板同士を電磁界結合により接続する際の位置精度を緩和でき、また、電磁界接続部の密着性を向上させた状態で必要な位置精度が容易に確保できる高周波回路基板とその接続方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の高周波回路にあっては、ミリ波マルチチップモジュール（ＭＣＭ）とアンテナを接続する場合、多くは同軸ケーブルまたは導波管が用いられていた。また比較的大規模なモジュールでは、高周波回路基板同士の接続にも、同様な手段が用いられてきた。そのため、高周波回路基板やアンテナには、導波管変換構造、または同軸コネクタ等を設ける必要があった。
【０００３】
一方、小型化・低コスト化を図ることを目的とする従来技術として、同軸ケーブルや導波管を用いない方法が提案されている。例えば、高周波回路基板のマイクロストリップ線路と、平面アンテナのマイクロストリップ線路をワイヤボンディングで接続する従来技術（具体的には、Ｙ．  Ｈｉｒａｃｈｉら、１９９９年Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，  Ｄｉｇｅｓｔ，  ｖｏｌ．３，  ｐｐ．３４７−３５０）が開示されている。また、アンテナ基板裏面に集積回路をフリップチップ実装し、ビアホールまたは電磁界結合により接続する従来技術（具体的には、Ｇ．  Ｂａｕｍａｎｎら、１９９５年ＩＥＥＥ  ＭＴＴ−Ｓ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ，  Ｄｉｇｅｓｔ，  ｐｐ．１６３９−１６４２または  Ｙ．  Ａｍａｎｏら、１９９９年Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，  Ｄｉｇｅｓｔ，  Ｖｏｌ．２，  ｐｐ．３０１−３０４）が開示されている。
【０００４】
しかしながら、上記ワイヤボンディングを用いる従来技術では、特に高利得のアレイアンテナを接続する場合に、給電線の損失が大きくなるという問題点があった。一方、上記アンテナ基板等、比較的大きな基板に集積回路を実装する従来技術には、平面パターン精度あるいは平坦性の確保が困難であって、フリップチップ実装、またはＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）実装等のような精度のよい実装技術が適用できないという問題点があった。
【０００５】
このような問題点を解決することを目的とする従来技術としては、例えば、特開平９−２３７８６７号公報に記載のものがある。
【０００６】
上記特開平９−２３７８６７号公報に記載の従来技術では、アンテナ回路基板および高周波デバイス回路基板の接続に伴う損失を低減し、小型で量産可能な高周波パッケージの構造が考案されている。
【０００７】
図１４は、従来技術における高周波回路基板の主要構造断面図である。図１４を参照すると、第１の高周波回路基板１には、第１の誘電体層３と、第１の導体層４１に形成されたスロット４と、第２の誘電体層５と、第２の導体層２４に形成された高周波伝送線路６が形成されている。また第２の高周波回路基板２はアンテナ素子（不図示）を含み、第１の高周波回路基板１に積層されることにより接続される。第２の高周波回路基板２には、第１の高周波回路基板１と同様に第３の誘電体層９と、第３の導体層５１により形成されたスロット１０と、第４の誘電体層１１と、第４の導体層５２が形成されている。ただし、第１の高周波回路基板１と対向する面には、高周波伝送線路１２が形成されており、反対側の面には、導体パターンによりアンテナ素子３４が形成されている。アンテナ素子３４で受信された電波信号は、第２の高周波回路基板２に形成されたスロット１０を介して、電磁界結合により、高周波伝送線路１２に導かれる。さらに、第１の高周波回路基板１に形成されたスロット４を介して、電磁界結合により高周波伝送線路６に到達する。
【０００８】
しかしながら、実際上問題となるのは、第１の高周波回路基板１の積層精度である。この構成を含み、積層を用いて作製したパッケージの従来技術としては、例えば、郡山ら、電子情報通信学会、信学技報ＥＤ−９９−２１４／ＭＷ９９−１４６，ｐ．３５−４２に記載のものがある。しかしながら、この従来技術は、図１４に示す第２の高周波回路基板２に形成された高周波伝送線路１２とスロット４の位置合わせ精度の要求が厳しいという問題点があった。
【０００９】
次に、例えば、動作周波数を６０ＧＨｚとし、誘電体の比誘電率を１０、接続線路をマイクロストリップ線路とした場合の、スリットとマイクロストリップ線路の（信号方向への）位置ずれ量と、接続損失の増分量を図１３に示す。図１３を参照すると、挿入損失の増分を０．５ｄＢと規定した場合、許容される位置ずれは±０．１５ｍｍ程度になってしまう。この精度を満たしかつ量産可能な技術として、セラミック材を用いて第１の高周波回路基板１および第２の高周波回路基板２を一括形成する方法がある。この方法では、第１の高周波回路基板１と第２の高周波回路基板２とは、同質の材料を用いるという限定条件が必要となる。さらに、誘電率の異なる基板を使用する場合、内層部品が含まれる場合、キャビティ構造を有する場合、あるいは、基板が比較的大きい場合などでは、焼成により設計通りの素子寸法や素子値が形成することが難しくなり、著しい歩留まり低下を引き起こすという問題点があった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記問題点を解決することを目的とする従来技術としては、別々に形成された高周波回路基板を接続する方法として、ＡｕＳｎなどの合金、はんだ、エポキシ樹脂等を用いて接着する方法が、特開平９−２３７８６７号公報に記載されている。しかしながら、このように、別々に形成された高周波回路基板を接着する従来技術では、電磁界の漏洩がないように両基板が密着している必要がある。例えば、一般的なセラミック形成技術を用いた場合、１センチ平方あたり０．０３〜０．０６ｍｍのそりが発生する。したがって、特に大規模なマルチチップモジュール等で基板面積が大きい場合にあっては、接続部を密着させることが難しく、両基板のグランド同士が効果的に接続できないという問題点があった。
【００１１】
さらに、この従来技術では位置精度の要求を満たすことが困難であるという問題点もあった。例えば、位置精度として例えば±０．１５ｍｍが要求された場合、高い位置合わせ精度を有するマウンターが必要となる。また、高い位置合わせ精度を容易に確保する方法としては、セルフアライン・プロセスによるＢＧＡ実装が考えられるが、基板のそりが大きい場合には適用困難であるという問題点があった。
【００１２】
本発明は斯かる問題点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、基板同士を電磁界結合により接続する際の位置精度を緩和でき、また、電磁界接続部の密着性を向上させた状態で必要な位置精度が容易に確保できる高周波回路基板とその接続方法を提供する点にある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、少なくとも第１の誘電体層と、第１の導体層と、第２の誘電体層と、第２の導体層とがこの順で積層された構造を含み、第１の導体層に第１のスロットが形成され、第２の導体層に給電線路が形成され、第１の誘電体層の表面側に第１のグランドが配され、前記第１のグランドにおいて第１のスロットに対応する部分が、その第１のスロットよりも広く開口された構造を有する第１の高周波回路基板と、少なくとも第３の誘電体層と、第３の導体層と、第４の誘電体層と、第４の導体層がこの順で積層された構造を含み、第３の導体層に第２のスロットが形成され、第４の導体層に給電線路が形成され、第３の誘電体層の表面側に第２のグランドが配され、第２のグランドにおいて第２のスロットに対応する部分が、その第２のスロットよりも広く開口された構造を有する第２の高周波回路基板を備え、第１の誘電体層と第３の誘電体層とが対向するように、第１の高周波回路基板と第２の高周波回路基板とが配置され、第１のスロットと第２のスロットとが電磁界結合するように配置され、第１のグランドと第２のグランドが接していることを特徴とする。
また、上記構成において、各層の積層方向から見て、第１のスロットと第２のスロットとが向かい合う位置関係を保持して配置されていても良い。
【００１４】
また、上記構成において、第１のグランドと第１の導体層とがビアホールで接続され、第２のグランドと第３の導体層とがビアホールで接続された構成としても良い。
【００１６】
さらに、本発明の別の例として、上記構成の第１の高周波回路基板、及び／又は第２の高周波回路基板の替わりに、第８の誘電体層と、第８の導体層と、第９の誘電体層と、第９の導体層と、第１０の誘電体層と、第１０の導体層とがこの順で積層された構成を含み、第９の導体層、及び第７の導体層、及び第９及び第１０の導体層を接続するビアホールとにより導波管が形成され、第８の導体層に第５のスロットが形成され、第９の導体層に第６のスロットが形成された第４の高周波回路基板が配置され、第５のスロットと、第６のスロットと、この第４の高周波回路基板と対向して配置されている高周波回路基板に設けられたスロットとが、電磁界結合するよう各スロットが位置されている。なお、各スロットは（各層の積層方法から見て）向かい合う位置関係を保持して配置された構成とすることが好適である。
【００１７】
また、上記構成において、第１の誘電体層と、第３の誘電体層と、第５の誘電体層と、第８の誘電体層の少なくとも１つに凹部がスロットの位置に形成されており、この凹部に貫通穴が形成された導体板が挿入された構成としても良い。
【００１８】
また特に、この貫通穴の開口寸法が導体板内部で少なくとも２段階に異なっており、ステップ構造を有し、このステップ構造に誘電体板が挿入された構成としても良い。
【００１９】
【００２０】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の第１の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る高周波回路基板の主要構造断面図である。
【００２１】
図１を参照すると、第１の高周波回路基板１には、第１の誘電体層３と、第１の導体層４１で形成された第１のスロット４と、第２の誘電体層５と、第２の導体層２４に形成された高周波伝送線路６（給電線路）が形成されている。
【００２２】
さらに、第１の誘電体層３の表面には、開口部を備えた第１のグランド７が形成されており、第１のスロット４を含む第１の導体層４１（第１のグランド７）とビアホール８で接続されている。
【００２３】
第２の高周波回路基板２には、第３の誘電体層９と、第３の導体層５１で形成された第２のスロット１０と、第４の誘電体層１１と、第４の導体層５２に形成された高周波伝送線路１２が形成されている。
【００２４】
さらに、第３の誘電体層９の表面には、開口部を備えた第２のグランド１３が形成されており、第２のスロット１０を含む第３の導体層５１（第２のグランド１３）とビアホール１４で接続されている。
【００２５】
第１の高周波回路基板１および第２の高周波回路基板２は、開口部を備えた第１のグランド７および第２のグランド１３が対向するように積層される。
【００２６】
図２は本発明の第１の実施の形態に係る第１の高周波回路基板１の断面構造図および上面図である。図２を参照すると、本実施の形態では、高周波伝送線路６としてマイクロストリップ線路を用いており、この線路に入射された信号は、第１のスロット４を介して、第１のグランド７に設けられた開口パターン１５から放射される。対向して積層された第２の高周波回路基板２にも同様な構造（図１参照）が設けられており、逆の順序を辿って、第２の高周波回路基板２に形成された高周波伝送線路１２に到達する構造となっている。このように本発明の構成では、第１のスロット４に対向して第２のスロット１０が配置されていることで良好な信号の伝送が図れる。
【００２７】
次に、図１３に、周波数が６０ＧＨｚの場合における第１の高周波回路基板１および第２の高周波回路基板２の、高周波伝送線路内の信号方向に対する位置ずれ量と、接続損失の増分の関係（一例）を示す。図１３に示すように、挿入損失の増分を０．５ｄＢと規定した場合、許容される位置ずれは−０．６ｍｍ〜＋０．５ｍｍと、従来に比べて大きく緩和されることが解る。基板（第１の高周波回路基板１、第２の高周波回路基板２）間の接着は、ＡｕＳｎなどの合金、はんだ、エポキシ樹脂等を用い行うことができるが、精密な穴あけ技術を用いればネジなどによる簡易な固定も可能である。なお、第１のスロット４と第２のスロット１０がずれた場合も同様に接続損失は大きくなる。しかしながら一般に用いられる多層基板プロセスを用いても、基板内でのスロットパターンの位置ずれは±０．１ｍｍ程度に抑えることができるため、第１の高周波回路基板１と第２の高周波回路基板２との間に生じる位置ずれの場合に比べて影響は少ない。
【００２８】
（第２の実施の形態）
以下、本発明の第２の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、上記実施の形態において既に記述したものと同一の部分については、同一符号を付し、重複した説明は省略する。図３は、本発明の第２の実施の形態に係る高周波回路基板の主要構造断面図である。
【００２９】
図３を参照すると、本実施の形態では、第１の高周波回路基板１において、第１の誘電体層３が部分的に除去されることにより凹部１６が形成され、第１のスロット４が露出した状態で形成されている。この凹部１６は、例えば、部分的にくり貫かれた第１の誘電体層３と他の誘電体層（第２の誘電体層５）ならびに導体層（第１の導体層４１）を積層することにより実現される。
【００３０】
第２の高周波回路基板２においても同様に、第３の誘電体層９が部分的に除去されることにより凹部１７が形成され、第２のスロット１０が露出した状態で形成されている。
【００３１】
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る第１の高周波回路基板１の断面構造図および上面図である。
【００３２】
図４を参照すると、本実施の形態では、高周波伝送線路６としてマイクロストリップ線路を用いており、高周波伝送線路６に入射された信号は、開口パターン１８の第１のスロット４を介し、凹部１６から放射される。対向して積層された第２の高周波回路基板２にも同様な構造（図３参照）が形成されており、逆の順序を辿って、第２の高周波回路基板２に形成された高周波伝送線路１２に到達する構成となっている。接続部分の凹部１６には誘電体が存在しないため、上記第１の実施の形態に比べて誘電体損失による減衰がないという利点がある。
【００３３】
なお、上記実施の形態では凹部１６，１７は、誘電体層３，９（第１の誘電体層３、第３の誘電体層９）を厚さ方向に開口し、それぞれ第１のスロット４，第２のスロット１０が露出された構成のものを示したが、凹部１６，１７を完全に開口せず、部分的に開口した場合でも誘電体損失による減衰を抑制できる。
【００３４】
（第３の実施の形態）
以下、本発明の第３の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、上記実施の形態において既に記述したものと同一の部分については、同一符号を付し、重複した説明は省略する。図５は本発明の第３の実施の形態に係る高周波回路基板の主要構造断面図である。
【００３５】
図５を参照すると、本実施の形態では、第１の高周波回路基板１には、第１の誘電体層３と、第１の導体層４１で形成された第１のスロット４と、第２の誘電体層５と、第２の導体層２４に形成された高周波伝送線路６が形成されている。
【００３６】
第１の高周波回路基板１において、第１の誘電体層３が部分的に除去されることにより凹部１６が形成され、第１のスロット４が露出した状態で形成されている。
【００３７】
また凹部１６には、内部に貫通穴を有した導体板１９が挿入され、例えば、半田等により接着されている。
【００３８】
一方、第２の高周波回路基板２には、第３の誘電体層９と、第３の導体層５１で形成された第２のスロット１０と、第４の誘電体層１１と、第４の導体層５２に形成された高周波伝送線路１２が形成されている。
【００３９】
第１の高周波回路基板１および第２の高周波回路基板２においては、導体板１９により互いのグランド（第１の導体層４１，第３の導体層５１）が接続されるとともに、高周波伝送線路６および高周波伝送線路１２とが、第１のスロット４、導体板１９の貫通穴、第２のスロット１０を介し、電磁界結合により接続される。
【００４０】
図６は、本発明の第３の実施の形態に係る第１の高周波回路基板１の断面構造図および上面図である。図６を参照すると、本実施の形態では、第１の高周波回路基板１に形成された凹部１６の内部寸法をａ、導体板１９の外部寸法をｂとした場合、ａはｂよりも所定量Ｘ（＝ａ−ｂ）だけ大きくなっている。このとき、所定量Ｘは、作製される凹部の内部寸法の公差と、導体板１９の外部寸法の公差を足した値が望ましい。
【００４１】
図７は、第１の高周波回路基板１と、第２の高周波回路基板２の接続を示す概念図である。図７を参照すると、本実施の形態では、第１の高周波回路基板１および第２の高周波回路基板２は、導体板１９により接続位置が限定されている。第２の高周波回路基板２を第１の高周波回路基板１に押し付け、保持する（図示せず）。この場合、保持する機構は特に限定されないが、ネジ留めや、金具を半田付けする方法などが適用できる。
【００４２】
貫通穴を有する導体板１９を用いる利点は、位置決めが容易にできることである。用いる材料や工程により異なるが、例えば、第１の高周波回路基板１、第２の高周波回路基板２としてセラミック材を使用し、導体板１９としてコバールを使用した場合、製造上の寸法マージンＸ（＝ａ−ｂ）を０．１〜０．５ｍｍとすることは比較的容易にできる。したがって、図７に示すように、第１の高周波回路基板１および第２の高周波回路基板２を積層した場合、その最大のずれは、±Ｘ／２となる。先に例示した本発明における位置ずれの許容範囲を比較的容易に満たすことが可能となる。その際には高い位置合わせ精度を有するマウンターなどは不要である。
【００４３】
さらに本実施の形態の構造は、特に第１の高周波回路基板１、第２の高周波回路基板２が大きく、そりがある場合でも、確実に電磁界結合による接続が実現される。すなわち、導体板１９がなければ、接続面に凹状のそりがあった場合、２つの基板（第１の高周波回路基板１、第２の高周波回路基板２）間に間隙が生じ、接続されるべき部分が密着されない。また、接続面に凸状のそりがあった場合、２つの基板（第１の高周波回路基板１、第２の高周波回路基板２）の接続されるべき部分を密着させることは困難である。
【００４４】
本実施の形態では、導体板１９を用いた場合、少なくとも導体板１９の面が第１の高周波回路基板１、第２の高周波回路基板２と密着していればよく、導体板１９の厚さが想定されるそり量と凹部１６と凹部１７の深さの和を越えていれば、確実に電磁界結合による接続が実現される。なお、本実施の形態では、図７に示すように、直方体の導体板１９に四角形の貫通穴を形成しているが、特にその形が限定されるものではない。また導体板１９は、表面が導体であればよく、内部の材質としては絶縁体でもよい。
【００４５】
また、本実施の形態では、導体板１９の内部寸法（貫通穴の寸法）を変更することで、接続部分における周波数特性を変化させられることが、実験的に確認されている。例えば、内部寸法の１辺を２５％小さくした場合、周波数特性は約５％高周波側へシフトした。すなわち、いくつかの内部寸法を有する導体板１９を用意すれば、周波数特性の調整が可能となる、あるいは高周波回路基板に変更を加えることなく複数の周波数帯域に対応できるようになるといった効果を奏する。
【００４６】
さらに本実施の形態においても上記第２の実施の形態と同様に、接続部分の凹部１６と凹部１７には誘電体が存在しないため、上記第１の実施の形態に比べて誘電体損失による減衰がないという利点もある。
【００４７】
また図１５には、導体板１９の代わりに用いることが可能な別の導体板の構造を示す。導体板６０には、貫通穴が形成されているが、内部で開口寸法が２段階に変化し、ステップ構造６１が形成されている。導体板１９を用いた場合に比較して、電磁界結合構造の設計自由度が増し、導体板の厚さを所望の値にすることができる。
【００４８】
さらに図１６には、また別の導体板の構造を示す。導体板６２には、貫通穴が形成されているが、内部で開口寸法が２段階に変化し、ステップ構造６３が形成されている。ステップ構造６３には、誘電体板６４が挿入されている。この場合、誘電体板としては、誘電体損失が小さいものが好ましく、石英板、セラミック板などが用いられる。導体板１９を用いた場合に比較して、電磁界結合構造の設計自由度が増し、導体板の厚さを所望の値にすることができる。導体板１９を用いた場合と、導体板６２を用いた場合の透過係数(S21)、反射係数（S11）の比較を、図１７に示す。中空の場合(導体板１９を使用)に比べ、誘電体板を挿入した場合(導体板６２を使用)、広帯域な伝送特性(S21,S11)が得られることがわかる。なお、上記実施の形態では貫通穴の開口寸法が２段階に変化する場合を示したが、３段階以上に変化する場合でも同様の効果が得られることは明らかである。
【００４９】
以上述べたように、導体板の貫通穴としてステップ構造を用い、さらには誘電体板を挿入することにより、周波数特性を改善することができる。また構造パラメータ（寸法、誘電体板の誘電率など）が増えることにより、設計の自由度を増やすことができる。さらには、別の構造を持った複数の導体板を用意することにより、第１の高周波回路基板は同じにしたまま、第２の高周波回路基板としていろいろな電磁界接続構造を有する複数の回路基板を使用することができる利点がある。
【００５０】
（第４の実施の形態）
以下、本発明の第４の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、上記実施の形態において既に記述したものと同一の部分については、同一符号を付し、重複した説明は省略する。図８は本発明の第４の実施の形態に係る高周波回路基板の主要構造断面図である。
【００５１】
図８を参照すると、本実施の形態では、第１の高周波回路基板１および導体板１９は上記第３の実施の形態と同様であるが、第２の高周波回路基板２がアンテナとなっている点に特徴を有している。
【００５２】
このアンテナは、第３の誘電体層９と、第３の導体層５１で形成された第２のスロット１０と、第４の誘電体層１１と、第４の導体層５２に形成された複数のスロット２０（アンテナ素子）より形成されている。
【００５３】
第１の高周波回路基板１からの信号は、第１のスロット４および導体板１９の貫通穴、およびアンテナに形成された第２のスロット１０を介して、第４の誘電体層１１に形成された導波管構造に給電される。なお、図示はしないが、この導波管構造は、第３の導体層５１および第４の導体層５２と、両者を接続するビアホール群により形成される。
【００５４】
本実施の形態においては、複数の放射素子からなるアレイアンテナに対し、中心部から給電することが可能となり、給電損失の低減を図ることができるようになるといった効果を奏する。なお、上記第１の実施の形態〜第３の実施の形態と同様に、要求される位置合わせ精度を緩和でき、確実に電磁界結合による接続が実現できるようになるといった効果もある。
【００５５】
（第５の実施の形態）
以下、本発明の第５の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、上記実施の形態において既に記述したものと同一の部分については、同一符号を付し、重複した説明は省略する。図９は、本発明の第５の実施の形態に係る第１の高周波回路基板１の断面構造図および導体パターン図である。
【００５６】
図９を参照すると、本実施の形態では、第３の高周波回路基板１Ａには、第５の誘電体層３Ａと、第３のスロット４Ａが形成された第５の導体層４１Ａと、第６の誘電体層５Ａと、第７の導体層２４Ａに形成された高周波伝送線路６Ａと、第７の誘電体層２１Ａとグランド２２が積層され形成されている。
【００５７】
本実施の形態では、高周波伝送線路６Ａとして、コプレーナ線路を用いている。コプレーナ線路先端に第４のスロット２３が形成され、第３のスロット４Ａと第４のスロット２３とのダブルスロット構成となっている。複数のビアホール８は、グランド２２間を接続すると同時に、不要な平行平板モードによる信号漏洩を防ぐ目的で用いられている。
【００５８】
第３の高周波回路基板１Ａにおいて、第５の誘電体層３Ａが部分的に除去されることにより凹部１６が形成され、第３のスロット４Ａが露出している。本実施の形態においても上記第１の実施の形態〜第４の実施の形態と同様に、要求される位置合わせ精度を緩和でき、確実に電磁界結合による接続が実現できるようになるといった効果を奏する。
【００５９】
（第６の実施の形態）
以下、本発明の第６の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、上記実施の形態において既に記述したものと同一の部分については、同一符号を付し、重複した説明は省略する。図１０は、本発明の第６の実施の形態に係る第４の高周波回路基板１Ｂの断面構造図および導体パターン図である。
【００６０】
図１０を参照すると、本実施の形態では、第４の高周波回路基板１Ｂに、第８の誘電体層３Ｂと、第５のスロット４Ｂが形成された第８の導体層４１Ｂと、第９の誘電体層５Ｂと、第９の導体層２４Ｂと、第１０の誘電体層２５と、第１０の導体層２６が積層され形成されている。本実施の形態は、第１０の誘電体層２５に形成された導波管構造が用いられている点に特徴を有している。この導波管構造は、第９の導体層２４Ｂおよび第１０の導体層２６と、両者を接続するビアホール２８により形成されている。また、導波管構造の先端には第６のスロット２７が形成されている。
【００６１】
本実施の形態においても、上記第１の実施の形態〜第４の実施の形態と同様に、要求される位置合わせ精度を緩和でき、確実に電磁界結合による接続が実現できるようになるといった効果を奏する。
【００６２】
（第７の実施の形態）
以下、本発明の第７の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、上記実施の形態において既に記述したものと同一の部分については、同一符号を付し、重複した説明は省略する。図１１は、本発明の第７の実施の形態に係る高周波回路基板の主要構造断面図である。
【００６３】
図１１を参照すると、本実施の形態では、主要部分は図８と同じであるが、さらに第１１の誘電体層２９が積層されている点に特徴を有している。また、第１１の誘電体層２９には、凹部４３が形成されており、フリップチップ実装技術を用いて、半導体素子３０がバンプ３１により高周波伝送線路６に接続されている。なお、凹部１６，１７，４３は、例えば、部分的にくり貫かれた第１１の誘電体層２９と他の誘電体層（第１の誘電体層３、第２の誘電体層５）ならびに導体層（第１の導体層４１、第２の導体層２４）を積層することにより実現される。
【００６４】
本実施の形態においても、上記第１の実施の形態〜第４の実施の形態と同様に、要求される位置合わせ精度を緩和でき、確実に電磁界結合による接続が実現できるようになるといった効果を奏する。
【００６５】
（第８の実施の形態）
以下、本発明の第８の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、上記実施の形態において既に記述したものと同一の部分については、同一符号を付し、重複した説明は省略する。図１２は、本発明の第８の実施の形態に係る高周波回路基板の主要構造断面図である。図１２において、３０は半導体素子、３１はバンプ、３２は第１２の誘電体層、３３は蓋を示している。
【００６６】
図１２を参照すると、本実施の形態では、第３の高周波回路基板１Ａには、図９に示した構造のうち、第５の誘電体層３Ａおよび第６の誘電体層５Ａを部分的に除去することにより凹部４５が形成されており、フリップチップ実装技術を用いて、半導体素子３０がバンプ３１により高周波伝送線路６に接続されている点に特徴を有している。
【００６７】
なお、本実施の形態では、高周波回路基板の材料が特定されていないが、多層基板が形成可能な材料であればよく、セラミック、ガラスエポキシなどが適用可能である。例えばセラミックを用いた場合には、導体パターンを形成したグリーンシートを積層し、同時焼成するといった一般的な製造工程を適用することができる。また一部をくりぬいたグリーンシートをくりぬかないグリーンシートと積層し、同時焼成することにより、実施例で述べた凹部を形成することが可能である。
【００６８】
各実施の形態で述べた第１の高周波回路基板１、第２の高周波回路基板２、第３の高周波回路基板１Ａ、第４の高周波回路基板１Ｂは、どのような組み合わせで用いてもよい。すなわち、図９に記載した構造と、図１０に記載した構造を、導体板１９で接続することも可能である。さらにアンテナの構造や、給電線路の構造もここで記載した例に限定されない。
【００６９】
本実施の形態においても、上記第１の実施の形態〜第４の実施の形態と同様に、要求される位置合わせ精度を緩和でき、確実に電磁界結合による接続が実現できるようになるといった効果を奏する。
【００７０】
なお、本発明が上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、上記各実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また上記構成部材の数、位置、形状等は上記各実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。また、各図において、同一構成要素には同一符号を付している。
【００７１】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されているので、ミリ波のような高い周波数においても比較的簡単な手段で多層基板間の低損失な接続が実現できる。また電磁界結合に必要な位置精度を緩和することができる。さらに、高周波回路基板に凹部を設けることにより、誘電体損失による接続損失を低減することができる。また、高周波回路基板に凹部を設け、導体板を介した接続を行うことにより、大規模な回路が集積された比較的面積の大きい高周波回路基板を使用する場合においても、接続部を密着させることができ、両基板のグランド同士を確実に接続できる。この場合、高精度な位置合わせが可能なマウンターが不要となるといった効果もある。高周波回路基板がアレイアンテナであった場合には、アンテナの中心部から給電することが容易となり、給電損失が低減できる。以上の結果、高性能で歩留まりがよく、低コストで量産性に優れた高周波モジュールが実現できるようになるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る高周波回路基板の主要構造断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る第１の高周波回路基板の断面構造図および上面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る高周波回路基板の主要構造断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る第１の高周波回路基板の断面構造図および上面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る高周波回路基板の主要構造断面図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係る第１の高周波回路基板の断面構造図および上面図である。
【図７】第１の高周波回路基板と、第２の高周波回路基板の接続を示す概念図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態に係る高周波回路基板の主要構造断面図である。
【図９】本発明の第５の実施の形態に係る第３の高周波回路基板の断面構造図および導体パターン図である。
【図１０】本発明の第６の実施の形態に係る第４の高周波回路基板の断面構造図および導体パターン図である。
【図１１】本発明の第７の実施の形態に係る高周波回路基板の主要構造断面図である。
【図１２】本発明の第８の実施の形態に係る高周波回路基板の主要構造断面図である。
【図１３】スリットとマイクロストリップ線路の（信号方向への）位置ずれ量と、接続損失の増分量の一例を示した図である。
【図１４】従来技術における高周波回路基板の主要構造断面図である。
【図１５】本発明の第３の実施の形態に係る導体板の構造図である。
【図１６】本発明の第３の実施の形態に係る別の導体板の構造図である。
【図１７】本発明の第３の実施の形態に係る接続部の伝送特性の一例を示した図である。
【符号の説明】
１…第１の高周波回路基板
２…第２の高周波回路基板
１Ａ…第３の高周波回路基板
１Ｂ…第４の高周波回路基板
３…第１の誘電体層
３Ａ…第５の誘電体層
３Ｂ…第８の誘電体層
４…第１のスロット
４Ａ…第３のスロット
４Ｂ…第５のスロット
５…第２の誘電体層
５Ａ…第６の誘電体層
５Ｂ…第９の誘電体層
６…高周波伝送線路
６Ａ…高周波伝送線路
７…第１のグランド
８，１４，２８…ビアホール
９…第３の誘電体層
１０…第２のスロット
１１…第４の誘電体層
１２…高周波伝送線路
１３…第２のグランド
１５，１８…開口パターン
１６，１７，４３，４５…凹部
１９…導体板
２０…スロット
２１…第５の誘電体層
２１Ａ…第７の誘電体層
２２…グランド
２３…第４のスロット
２４…第２の導体層
２４Ａ…第７の導体層
２４Ｂ…第９の導体層
２５…第１０の誘電体層
２６…第１０の導体層
２７…第６のスロット
２９…第１１の誘電体層
３０…半導体素子
３１…バンプ
３２…第１２の誘電体層
３３…蓋
３４…アンテナ素子
４１…第１の導体層
４１Ａ…第５の導体層
４１Ｂ…第８の導体層
５１…第３の導体層
５２…第４の導体層
６０…導体板
６１…ステップ構造
６２…導体板
６３…ステップ構造
６４…誘電体板
【図１】
0004079660.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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