(57)【要約】【課題】基板内導波管と金属導波管とを接続する際に必要なチョーク構造を、精密な金属加工を必要とすることなく形成する。【解決手段】金属導波管２と基板内導波管６とを接続する導波管接続構造。λを自由空間伝播波長として、基板内導波管６が、λ／４又はまたはそれを超える深さを有し、且つ、深さがλ／４で底面が接地導体で構成される環状溝１２によって周囲が囲まれる。環状溝１２の内壁に形成される電気壁と基板内導波管６の側壁に形成される電気壁との間の距離がλ／４であり、環状溝１２によって導波管接続構造のチョーク構造が形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体層及び接地導体層を積層して成る積層基板と金属導波管とを接続する導波管接続構造であって、
前記積層基板が、
前記金属導波管と接続される表面部分に形成されており、前記金属導波管と同じ内径を有し、側壁が電気壁で構成され、且つ、λを信号周波数における自由空間伝播波長として、λ／４深さ又はλ／４を超える深さを有する基板内導波管と、
前記基板内導波管を取り囲む環状溝であって、溝深さがλ／４であり、溝側壁が電気壁で構成され、溝底面が接地導体で構成される環状溝とを備え、
前記基板内導波管の電気壁と前記環状溝の電気壁との離隔距離がλ／４であり、前記環状溝が前記金属導波管と前記基板内導波管との接続部におけるチョーク構造を構成することを特徴とする導波管接続構造。
【請求項２】
前記基板内導波管と前記金属導波管とが隙間を介して接続されている、請求項１に記載の導波管接続構造。
【請求項３】
前記環状溝の一部が、該環状溝内側の誘電体と該環状溝外側の誘電体とを結合するサポート誘電体によって分断されている、請求項１又は２に記載の導波管接続構造。
【請求項４】
前記基板内導波管の底面に隣接して基板内導波管の外側に配置され、且つ、前記基板内導波管の半径方向外側から半径方向内側に先端が突出するストリップ導体が形成されている、請求項１〜３の何れか一に記載の導波管接続構造。
【請求項５】
前記環状溝の電気壁が、前記溝底面を構成する導体と接続され前記溝側壁を構成する誘電体内に該溝側壁に隣接して配列される複数のスルーホール内に形成された導体を含む、請求項１〜４の何れか一に記載の導波管接続構造。
【請求項６】
前記環状溝の電気壁が、前記溝底面を構成する導体と接続され前記溝側壁を覆う導体膜を含む、請求項１〜４の何れか一に記載の導波管接続構造。
【請求項７】
前記基板内導波管の電気壁が、導波管側壁を構成する誘電体内に該導波管側壁に隣接して配列される複数のスルーホール内に形成された導体を含む、請求項１〜６の何れか一に記載の導波管接続構造。
【請求項８】
前記基板内導波管の電気壁が、導波管側壁を覆う導体膜を含む、請求項１〜６の何れか一に記載の導波管接続構造。
【請求項９】
前記積層基板の前面に、前記基板内導波管の電気壁と前記環状溝の電気壁とを接続する導体層が配置される、請求項１〜８の何れか一に記載の導波管接続構造。
【請求項１０】
請求項１〜９の何れか一に記載の導波管接続構造を有することを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導波管接続構造及び半導体装置に関し、更に詳しくは、金属導波管と基板内導波管とを接続する導波管接続構造、及び、そのような導波管接続構造を有する半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属導波管と基板内導波管とを結合する導波管接続構造が知られている。導波管接続構造は、例えば特許文献１に記載されている。図３は、特許文献１に記載された導波管接続構造を示すものであり、金属導波管プレート１１０ａと基板内導波管１１０ｂとを相互に接続する例を示している。同図は、金属導波管プレート１１０ａの上面と、双方の導波管１１０ａ、１１０ｂの接続部の断面とを示している。同図において、金属導波管プレート１１０aと、多層基板内に形成された導波管プレート１１０ｂとは、板厚方向に所定の隙間１１２を介して対向配置される。金属導波管プレート１１０ａには、ＵＨＦ，ＶＨＦ帯、マイクロ波帯及びミリ波帯等の各周波数帯の高周波信号を導波管モードで伝送する導波管１０１ａ〜１０３ａがプレート上に並んで配置されており、基板内導波管プレート１１０ｂには、これら導波管１０１ａ〜１０３ａに対向して、導波管１０１ｂを含む導波管が配置されている。
【０００３】
上記導波管接続構造は、同一平面内に複数の導波管を持つ高周波モジュールとアンテナとの間、高周波モジュール間、或いは、高周波モジュールと導波管治具との間の接続に際して用いられる。図３の例では、導波管プレート１１０ａから導波管プレート１１０ｂに向けて、各対の導波管の間で高周波信号を伝送する。金属導波管プレート１１０ａ側には、チョーク構造となる堀り込み溝１００が形成されており、このチョーク構造によって、信号周波数における共振を避け、良好な信号通過・反射、アイソレーション特性を得ることを可能にしている。
【０００４】
図３の構造では、チョーク構造１００により、２つの導波管プレート１１０ａ、１１０ｂの間の隙間１１２に起因する、信号周波数における共振による伝送特性の劣化や、対の導波管での結合に際して発生する、隣接する導波管間のアイソレーション特性の劣化を防止している。チョーク構造１００は、金属導波管プレート１１０ａの接合面側に隣接して設けられる。チョーク構造１００は、２つの対向する導波管同士の接続端面において、矩形構造を有する導波管１０１ａ〜１０３ａの長辺方向に隣接して形成される。
【０００５】
上記チョーク構造１００は、導波管長辺側の導波管端から、概略λ／４オフセットさせた位置に形成される。ここで、λは、信号周波数における自由空間伝搬波長である。チョーク構造１００を構成する溝は、概略λ／４の幅及び深さを有し、且つ、少なくとも導波管の長辺以上の長辺をもつ。このような寸法を採用することにより、チョーク構造１００は、対向する対の導波管同士の接続端面において、導波管長辺の導波管端を等価的に電気的短絡点としている。この構造によって、前記の通り、信号周波数において共振を避け、また、隣接する導波管相互間の結合を抑圧し、且つ、対の導波管相互で、良好な信号通過・反射、アイソレーション特性を得るものである。
【特許文献１】特許第３９９５９２９号公報
【特許文献２】特開２００３−７８３１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１に記載の導波管接続構造では、金属導波管プレート１１０ａの接合面において、導波管周囲の金属表面に溝を設けてチョーク構造を形成している。この構造では、特にミリ波帯にこの構造を適用すると、数ｍｍ程度の深さの溝を精度よく形成する必要があり、この溝形成に際して高度な金属加工技術が要求される。ここで、金属導波管と基板内導波管とを接続する導波管接続構造において、基板内にチョーク構造を形成することができれば、高度な金属加工技術を必要とせずに、チョーク構造の形成が可能である。
【０００７】
特許文献２は、積層基板側にチョーク構造を形成した接続構造を記載している。しかし、この構造では、積層基板側には導波管を形成することなく、金属導波管から直接にストリップ線路に向けて信号を伝送している。このように、従来は、金属導波管と基板内導波管とを接続する導波管接続構造において、積層基板内にチョーク構造を形成した例は知られていなかった。
【０００８】
本発明の目的は、上記に鑑み、多層基板内に形成された基板内導波管と基板外部の金属導波管とを接続する構造の導波管接続構造において、積層基板側にチョーク構造を形成することで、高度な金属加工技術を必要とせずにチョーク構造を形成した、低損失な導波管接続構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、誘電体層及び接地導体層を積層して成る積層基板と金属導波管とを接続する導波管接続構造であって、
前記積層基板が、
前記金属導波管と接続される表面部分に形成されており、前記金属導波管と同じ内径を有し、側壁が電気壁で構成され、且つ、λを信号周波数における自由空間伝播波長として、λ／４深さ又はλ／４を超える深さを有する基板内導波管と、
前記基板内導波管を取り囲む環状溝であって、溝深さがλ／４であり、溝側壁が電気壁で構成され、溝底面が接地導体で構成される環状溝とを備え、
前記基板内導波管の電気壁と前記環状溝の電気壁との離隔距離がλ／４であり、前記環状溝が前記金属導波管と前記基板内導波管との接続部におけるチョーク構造を構成することを特徴とする導波管接続構造を提供する。
【００１０】
また、本発明は、上記導波管接続構造を有することを特徴とする半導体装置を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の導波管接続構造は、積層基板内に形成された基板内導波管と外部の金属導波管との導波管接続構造において、多層基板側に有効なチョーク構造を形成することにより、高度な金属加工技術を必要とせずに、低損失な接続構造を実現できるという効果を奏する。また、本発明の半導体装置では、上記導波管接続構造が奏する効果がそのまま得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る導波管接続構造を示す断面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ’矢視図に相当する位置での積層基板の平面図、図１（ｃ）は、図１（ｂ）のＢ−Ｂ’矢視図に相当する導波管接続部の断面図である。また、図１（ａ）は、図１（ｂ）のＣ−Ｃ’矢視図に相当する位置での導波管接続部の断面図である。
【００１３】
本実施形態の導波管接続構造は、金属板１に形成された金属導波管２と、複数の誘電体層３ａ〜３ｆ及び複数の接地導体層４ａ〜４ｅとが交互に積層された多層基板５内に形成された基板内導波管６とを、相互に接続する構造である。積層基板は、誘電体層３ａ〜３ｆを含み、最外層の誘電体層３ａと次の誘電体層３ｂとの間を除き、隣接する２つの誘電体層の間に、各１つの接地導体層４ａ、４ｃ、４ｄ、４ｅが配設される。薄い誘電体層３ａは、導波管接続部を形成する際に、隙間を形成するために取り除かれる。接地導体層４ｂは、薄い誘電体層３ａを除去して現れる誘電体層３ｂの表面に形成される。隙間１５は、積層基板の表面の凹凸の存在によって、接続部の特性が影響されることを防止する。
【００１４】
基板内導波管６は、３層の接地導体層４ａ、４ｃ、４ｄ、及び、３層の誘電体層３ａ、３ｂ、３ｃを貫通して形成された、横断面が略矩形状の筒状の空間からなる。基板内導波管６の底面は、接地導体層４ｄの除去により露出する誘電体層３ｄによって構成される。基板内導波管６の周囲を囲んで、チョーク構造を構成する環状溝１２が形成されている。環状溝１２は、接地導体層４ａ及び誘電体層３ａ、３ｂを除去して形成される。環状溝１２の底面は、接地導体層４ｃによって構成される。なお、この底面の導体は、予め積層された接地導体層によって構成することが好ましいものの、溝のエッチング後に形成した導体層であってもよい。
【００１５】
基板内導波管６の誘電体側壁の周囲には、その誘電体側壁に隣接して、基板内導波管６と同じ深さを有する多数のスルーホール（導波管スルーホール）７が１列に並んで形成されている。導波管スルーホール７には、その内壁に金属めっき層が形成され、接地導体層４ｂと接地導体層４ｄとを接続している。この構造により、基板内導波管６の電気壁が形成される。環状溝１２の内周側の誘電体壁に隣接して、環状溝１２と同じ深さのスルーホール（内側スルーホール）９が一列に並んで形成されている。また、環状溝１２の外周側の誘電体壁に隣接して、環状溝１２と同じ深さのスルーホール（外側スルーホール）１０が形成されている。内側スルーホール９には、その内壁に金属めっき層が形成され、接地導体層４ｂと接地導体層４ｃとを接続している。外側スルーホール１０には、その内壁に金属めっき層が形成され、接地導体層４ａと接地導体層４ｃとを接続している。このように、スルーホール７、９、１０をそれぞれ列状に誘電体側壁に沿って並べることにより、電気壁が形成される。薄い誘電体層３ａは、環状溝１２の外周までの範囲が取り除かれる。誘電体層３ａ、３ｂ、及び、これらを挟んで形成された接地導体層４ａ、４ｃの基板内導波管６及び環状溝１２に隣接する部分、及び、接地導体層４ｂが、点線で囲まれた導波管接続部１１を構成している。
【００１６】
環状溝１２の電気壁は、基板内導波管６の電気壁からＬ１離れた位置にあり、電気壁の高さがＬ２である。長さＬ１およびＬ２は、導波管内を伝搬する高周波信号の自由空間波長λの１／４に等しく形成されている。この構造を採用することにより、環状溝１２及びその電気壁によりチョーク構造が形成される。チョーク構造により、基板内導波管６と金属導波管２とを低損失に接続することができる。積層基板内にチョーク構造を形成することにより、環状溝の形成に際して、高精度の金属加工プロセスが不必要になる。積層基板の環状溝は、各誘電体層及び接地導体層の金型加工により形成できる。
【００１７】
基板内導波管６の底面の積層方向の近傍には、ストリップ導体８の末端が配置される。ストリップ導体８は、接地導体層４ｄと並行して延びており、その末端が平面的に見て基板内導波管６の径方向外側から径方向内側に突出し、その突出端がストリップ導体８の先端を構成する。この構成により、ストリップ導体８を伝搬してきた高周波信号は、導波管モードに変換されて、基板内導波管６内を伝搬し、導波管接続部１１を経て、金属導波管２内に伝搬する。また、その逆方向の信号伝送も可能になる。
【００１８】
符号１３は、誘電体層３ｂの環状溝内側部分を外側部分につなぐサポートである。誘電体層３ｂに、その単体の状態で環状溝１２及び導波管６を形成する際に、位置固定のために残される。
【００１９】
本実施形態では、多層基板５内に形成された基板内導波管６と、その外部に接続される金属導波管２との導波管接続部１１において、多層基板５側にチョーク構造を形成する。この構成により、高度な金属加工技術を必要とせずに、低損失な導波管接続構造を実現できる。
【００２０】
図２（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第２の実施形態に係る導波管を、図１（ａ）〜（ｃ）と同様に示す。本実施形態では、図１のスルーホール７、９、１０に代えて、基板内導波管６の側壁、及び、環状溝１２の内周側及び外周側の側壁にそれぞれ金属めっき層を形成（メタライズ）して、電気壁を形成している。その他の構成は、図１の実施形態と同様である。
【００２１】
本実施形態においても、ストリップ導体８を伝搬してきた高周波信号は、ストリップ導体８を基板内導波管６内に飛び出させることにより、導波管モードに変換されて基板内導波管６内を伝搬し、導波管接続部１１を経て金属導波管２内に伝搬する。また、金属導波管２内を伝搬してきた導波管モードの信号は、基板内導波管６を経てストリップ導体８に向かって入射する。導波管接続部１１には、導波管６の電気壁からＬ１離れた位置に、深さＬ２の環状溝１２の電気壁が形成されている。環状溝１２の側壁がメタライズされることにより、接地導体層４ｂと４ｃ及び４ｄとの間、並びに、接地導体層４ａと４ｃとの間が接続されている。長さＬ１およびＬ２は、導波管を伝搬する高周波信号の自由空間波長λの１／４に等しく形成されており、導波管接続部にチョーク構造を与える。このため、基板内導波管６と金属導波管２とを低損失に接続することができる。また、基板内に形成することにより、チョーク構造の形成に際して、高精度な金属加工を必要とせずに形成可能となる。
【００２２】
本発明を特別に示し且つ例示的な実施形態を参照して説明したが、本発明は、その実施形態及びその変形に限定されるものではない。当業者に明らかなように、本発明は、添付のクレームに規定される本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る導波管接続構造を示す平面図、及び、断面図。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る導波管接続構造を示す平面図、及び、断面図。
【図３】特許文献に記載された導波管接続構造を示す平面図及び断面図。
【符号の説明】
【００２４】
１：金属板
２：金属導波管
３，３ａ〜３ｆ：誘電体層
４，４ａ〜４ｅ：接地導体層
５：多層基板（積層基板）
６：基板内導波管
７，９，１０：スルーホール
８：ストリップ導体
１１：導波管接続部
１２：環状溝
１３：誘電体サポート
１５：隙間
１００：チョーク構造
１０１ａ〜１０３ａ：導波管
１０１ｂ：導波管
１１０ａ、１１０ｂ：導波管プレート
１１２：隙間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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