特許 6222747 回路構造体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6222747

(24)【登録日】2017年10月13日

(45)【発行日】2017年11月1日

(54)【発明の名称】回路構造体

(51)【国際特許分類】

   H05K 1/02 20060101AFI20171023BHJP

   H05K 3/46 20060101ALI20171023BHJP

【ＦＩ】

   H05K1/02 J

   H05K3/46 N

   H05K3/46 Z

【請求項の数】7

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2015-166912(P2015-166912)

(22)【出願日】2015年8月26日

(65)【公開番号】特開2017-45847(P2017-45847A)

(43)【公開日】2017年3月2日

【審査請求日】2015年8月26日

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】301072650

【氏名又は名称】ＮＥＣスペーステクノロジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100077838

【弁理士】

【氏名又は名称】池田 憲保

(74)【代理人】

【識別番号】100129023

【弁理士】

【氏名又は名称】佐々木 敬

(72)【発明者】

【氏名】尼野 理

【審査官】 原田 貴志

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−１６８９０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２４３２８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０８７５６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−３１３５０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２５９９５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２４６１８９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｋ １／０２

Ｈ０５Ｋ ３／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１乃至第Ｎ（Ｎは２以上の整数）の平面導体をそれぞれ含む第１乃至第Ｎのトリプレート構造体を多層化してなる多層基板と、
前記第１乃至第Ｎの平面導体相互を接続する層間接続導体と、
前記層間接続導体に対して略平行でかつ近傍にある前記多層基板の側面に形成された側面接地導体と、
を含み、
第ｎ（１≦ｎ≦Ｎ）のトリプレート構造体は、第ｎの平面導体と、該第ｎの平面導体を挟む第ｎ及び第（ｎ＋１）の平面接地導体と、を含む第ｎのトリプレートラインから成り、
前記第１乃至第Ｎの平面導体間にある、第ｍ（２≦ｍ≦Ｎ）の平面接地導体は、前記層間接続導体が通過する切欠きを持ち、該切欠きの一辺は前記側面接地導体に接触した構造を有して、
前記層間接続導体と前記側面接地導体とを高周波回路として機能させる、
回路構造体。

【請求項2】

前記層間接続導体は、前記側面接地導体の同一面側からそれぞれ伸びて来た前記第１乃至第Ｎの平面導体を接続し、
前記層間接続導体と前記側面接地導体は、前記トリプレート構造体に形成される平行平板伝送路に続く高周波の伝送路として機能する
請求項１に記載の回路構造体。

【請求項3】

前記多層基板は、前記層間接続導体と前記側面接地導体との間が誘電体であり、
前記側面接地導体は、前記層間接続導体を側面に投影した際に投影された部分を覆う大きさ以上に形成される、
請求項１または２に記載の回路構造体。

【請求項4】

前記多層基板の側面に形成された前記接地導体と前記層間接続導体との間隔は、前記多層基板に形成される中間接地導体面と表面接地導体面との間隔の１／２よりも少ない間隔を有する、請求項１ないし３の何れか一項に記載の回路構造体。

【請求項5】

各々ストリップラインとなる前記複数の平面導体は、前記多層基板の異なる３層に設けられ、
層間接続ラインとなる前記層間接続導体は、前記３層の前記平面導体を相互に接続し、
前記層間接続導体と前記側面接地導体の間は、高周波信号の伝送路として機能する、
ことを特徴とする請求項１ないし４の何れか一項に記載の回路構造体。

【請求項6】

前記層間接続導体は、平面導体で形成される、請求項１ないし５の何れか一項に記載の回路構造体。

【請求項7】

前記層間接続導体は、スルーホールで形成される、請求項１ないし５の何れか一項に記載の回路構造体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、高周波回路を構成する多層基板の回路構造に関し、詳しくはトリプレート構造を多層に有する回路構造体に関する。

【背景技術】

【0002】

トリプレート構造は、高周波回路で多く用いられている。また、多層基板の各層を用いてトリプレート構造のトリプレートラインを形成する構造が多く検討されている。

【0003】

トリプレート構造は、例えば特許文献１や特許文献２に記載されている。

【0004】

特許文献１は、トリプレート構造相互を接合するトリプレートストリップライン形基板間接続素子を記載している。このトリプレートストリップライン形基板間接続素子は、４層で構成される多層基板の１層−２層間と３層−４層間にそれぞれ形成されるストリップ導体相互をスルーホールメッキ（ビア）で接合している。

【0005】

また、特許文献２は、第１のトリプレート線路と、第２のトリプレート線路とのトリプレート線路層間接続器（構造）を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】実開昭６３−１５８００４号公報

【特許文献2】特開２０１３−０５２９６号公報（図１５）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

多層基板を用いたトリプレート構造は、様々な高周波回路で用いられている。

【0008】

また、高周波回路に求められる要求も多岐にわたる。その中でも、例えば、マイクロストリップアンテナの広帯域化や高機能化のために、素子間隔を狭くする要求がより強まりつつある。昨今の要求では、従前のマイクロストリップアンテナに対する直列給電に加えて、並列給電にも対応する要求が高まりつつある。このことも、素子間隔を狭くする要求に繋がっている。また、例えば多層基板内で更なる多層化を図れば、異なる層のライン相互を接続するために、多くの接続用スペースが必要となる。結果、基板の多層化に伴い、設計や製造上の様々な制約がトリプレート構造周囲にも強く影響する。

【0009】

例えば、特許文献１に記載されたトリプレートストリップライン形基板間接続素子では、２層以上のトリプレート構造を均一に接合することが困難である。

【0010】

また、特許文献２に記載されたトリプレート構造は、２層以上のトリプレート構造を有して、トリプレートライン相互を導体で接続する構造及び手法を開示していない。

【0011】

また、トリプレート構造に関する構成要素として、エネルギー損失を抑える構造要素を適切に配置する必要がある場合がある。発明者は、複数のトリプレート構造を有する多層基板構造において 異なる層のトリプレートライン相互を導体で接続した回路構造にも、今後この構造要素が求められるものと想定する。

【0012】

特許文献１には、複数層のトリプレートラインを接続するスルーホール部分でのこの構造要素について想定されていない。また、特許文献２には、トリプレートライン相互を導体で接続する構造部分を開示しておらず、この構造要素について想定されていない。

【0013】

本発明は、上記想定に基づいて成されたものであり、多層基板の異なる層に複数のトリプレート構造の平面導体を有して且つ導体で接続した回路構造において、専有面積を少なく良好な回路特性を維持する回路構造体を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0014】

本発明の一実施形態に係る回路構造体は、第１乃至第Ｎ（Ｎは２以上の整数）の平面導体をそれぞれ含む第１乃至第Ｎのトリプレート構造体を多層化してなる多層基板と、前記第１乃至第Ｎの平面導体相互を接続する層間接続導体と、前記層間接続導体に対して略平行でかつ近傍にある前記多層基板の側面に形成された側面接地導体と、を含み、第ｎ（１≦ｎ≦Ｎ）のトリプレート構造体は、第ｎの平面導体と、該第ｎの平面導体を挟む第ｎ及び第（ｎ＋１）の平面接地導体と、を含む第ｎのトリプレートラインから成り、前記第１乃至第Ｎの平面導体間にある、第ｍ（２≦ｍ≦Ｎ）の平面接地導体は、前記層間接続導体が通過する切欠きを持ち、該切欠きの一辺は前記側面接地導体に接触した構造を有して、前記層間接続導体と前記側面接地導体とを高周波回路として機能させる。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、多層基板の異なる層に複数のトリプレート構造の平面導体を有して且つ導体で接続した回路構造において、専有面積を少なく良好な回路特性を維持する回路構造体を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の一実施形態の回路構造体を示した説明図である。

【図2】本発明の別の一実施形態の回路構造体を示した説明図である。

【図3】本発明と対比する一回路構造体を示した説明図である。

【図4】本発明の一回路構成体が示す特性を示した説明図である。

【図5】本発明の更に別の一実施形態の回路構造体を示した説明図である。

【図6】本発明の更に別の一実施形態の回路構造体を示した説明図である。

【図7】本発明の更に別の一実施形態の回路構造体を示した説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。

【0018】

図１は、一実施形態の回路構造体を示した説明図である。図１（ａ）は、２層トリプレート構造を有する４層基板を示した斜視図である。図１（ｂ）から図１（ｄ）は、３方向の断面図である。

【0019】

本実施形態では、２層トリプレート４層基板に平行平板伝送モードの広帯域線路を形成している。この線路は、アンテナへの給電回路や高周波回路として用いることができる。

【0020】

２層のトリプレート構造体となる多層基板１には、各層にトリプレートライン（線路）を構成する平面導体と接地導体面とがそれぞれ形成されている。また、多層基板１には、側面（図１（ａ）の奥側面）に側面接地導体２が形成されている。

【0021】

この多層基板１に設けられる側面接地導体２は、後述する層間接続導体３と略並行な関係に維持される。側面接地導体２は、側面全体を覆うように設けられても良いし、層間接続導体３の周囲に限定して設けてもよい。少なくとも側面接地導体２は、層間接続導体３を側面に投影した際にその部分を覆う大きさの面積の大きさを有することが望ましい。

【0022】

多層基板１の内層には、トリプレートラインとなる複数の平面導体４が設けられている。各層の平面導体４は、層間接続導体３を介して接続されている。

【0023】

説明上、図面上方の平面導体４を上方トリプレートライン導体、図面下方の平面導体４を下方トリプレートライン導体、層間接続導体３を層間接続ラインと呼ぶ。

【0024】

層間接続導体３は、多層基板１の異なる層に形成される平面導体４相互（上方トリプレートライン導体と下方トリプレートライン導体）を高周波特性を維持しつつ接続する役割を果たしている。

【0025】

本実施形態では、多層基板１の２層目と３層目の間の層に（トリプレートライン導体となる複数の平面導体４に挟まれた層に）、層間接続導体３部分を抜いた１つの接地導体層が設けられている。この接地導体層は、上方のトリプレート構造と、下方のトリプレート構造で接地導体面として共用されている。説明上、この共用される接地導体面を中間接地導体面と呼ぶ。なお、中間接地導体面を用いずに、各々のトリプレート構造がそれぞれ上方と下方の接地導体面を別々に有して回路構造部分を形成してもよい。

【0026】

本実地形態では、層間接続導体３は、平面状導体として形成されている。層間接続導体３は、トリプレートラインとなる平面導体４とインピーダンスマッチングが成された形状で形成される。層間接続導体３は、導電性材料の取り付けで該当部分を形成してもよいし、ビアなどのように導電性材料を充填して形成してもよい。

【0027】

多層基板１の側面に形成された接地導体２と層間接続導体３との間隔は、多層基板１に形成される中間接地導体面と表面接地導体面（上方面接地導体と下方面接地導体）との間隔の１／２よりも少ない間隔を有することが望ましい。好ましくは、１層の３／４程度の間隔が望ましい。換言すれば、トリプレート構造を形成するトリプレートラインと両接地導体面との間隔よりも同等か狭いことが望ましい。

【0028】

このように、多層基板の異なる層に複数のトリプレート構造の平面導体を有して且つ導体で接続した回路構造を形成する。
この際に、回路構造体の各要素の関係を、基板側面に側面接地導体を形成し且つ層間接続導体との位置関係を高周波回路として最適化した位置関係にこの側面接地導体を配置する。このことで、回路機能を維持しつつ省スペースで異なるトリプレート構造の経路を確保できる。また、中間接地導体面に設ける切欠きの寸法を最適化設計することが可能になり、より省スペース化を図ることが可能となる。

【0029】

すなわち、本実施形態によれば、多層基板の異なる層に複数のトリプレート構造の平面導体を有して且つ導体で接続した回路構造において、専有面積を少なく良好な回路特性を維持する回路構造体を提供できる。

【0030】

次に、本発明の別の一態様を示す。本実施形態の説明では、先に説明した実施形態と同様の部分については記載を簡略化または省略する。

【0031】

図２は、別の一実施形態の回路構造体を示した説明図である。図２（ａ）は、２層トリプレート構造を有する４層基板を示した斜視図である。図２（ｂ）から図２（ｄ）は、３方向の断面図である。図２に示した回路構造体は、図１に示した回路構造体との違いとして、層間接続導体３をスルーホールで構成している点が異なっている。

【0032】

層間接続導体３は、図示したように円形（円柱）のスルーホールである。また、多層基板の内層に円形（円柱）のビアとして形成してもよい。

【0033】

多層基板１’には、先の実施形態と同様に、各層に平行平板モードとなるトリプレートラインと接地導体面とが形成され、側面（図２（ａ）の奥側面）に接地導体２が形成されている。この接地導体２は、層間接続導体３と略並行な関係になる。

【0034】

このように、多層基板の異なる層に複数のトリプレート構造の平面導体を有して且つ導体で接続した回路構造を形成する。この際に、基板側面に接地導体を形成し且つトリプレートライン相互を接続する導体との位置関係を高周波回路として最適化した位置関係を回路構造に持たせる。このことで、回路機能を維持しつつ省スペースで異なるトリプレート構造の経路を確保できる。また、中間接地導体面に設ける切欠きの寸法を最適化設計することが可能になり、より省スペース化を図ることが可能となる。

【0035】

すなわち、本実施形態によれば、多層基板の異なる層に複数のトリプレート構造の平面導体を有して且つ導体で接続した回路構造において、専有面積を少なく良好な回路特性を維持する回路構造体を提供できる。

【0036】

ここで、トリプレートライン相互をスルーホールで接合した２層トリプレート４層基板の一例を示し、本発明の優位点を説明する。

【0037】

図３は、本発明と対比する一回路構造体を示した説明図である。この層間接続回路は、スルーホールを多用して基板中央付近でトリプレートライン相互を層間接続している。

【0038】

図３に示したように、トリプレ-ト構造を多層化する際に、トリプレートライン相互を接続し、その周りを別のスルーホールで囲むことにより層間の接続及びエネルギー損失を抑える構造要素を回路構造に組み込むことが可能である。

【0039】

この回路構造では、スルーホールで囲む領域及び他の回路要素との適度な間隔も必要である上、多層化すればするほど、スルーホールの形成が困難になる問題を指摘できる。また、更なる多層化を実行した場合には、上下層に対して配線を這わせることが不可能となる制約が大きく設計に影響を与え得る。換言すれば、例え層数を増やしても、高周波特性を維持しつつ、狭い領域に各回路要素を配置することに対する効率上の問題を指摘できる。

【0040】

一方で、本願発明による回路構造では、多層基板の壁面に設けた接地導体を 層間接続導体との関係で略並行面となる位置関係を維持する構造で形成することで、高周波特性を維持しつつ省スペース化が図れる。換言すれば、図１や図２に示した回路構造と、図３に示した回路構造を同等の高周波特性を維持しつつ多層基板内に形成するとした場合に、図１や図２に示した回路構造の方が省スペースに設計できる。また、スルーホール数の低減にも寄与できる。

【0041】

以下は、同等特性を奏するであろうで図１及び図２に示した回路構造と図３に示した回路構造が必要とする寸法及びスルーホール数を対比して示した一例である。
・寸法：
図３回路構造：φ4.2mmスルーホール中心（最外径φ5mm）
図１回路構造：3mm（図１（ｂ）の縦方向）×1.5mm（図１（ｂ）の横方向）
図２回路構造：3mm×3mm
・スルーホール数：
図３回路構造： 7本（スルーホール直径φ0.8ｍｍ）
図１回路構造： 0本
図２回路構造： 1本

【0042】

図４は、図１に示した回路構造体の特性をシミュレートしたリタ−ロス特性（ａ）ならびに挿入損失特性（ｂ）である。シミュレート条件は、回路寸法を15ｍｍ×20ｍｍ、ΔS＝0.02をに設定してある。

【0043】

この特性図は、各層の厚さを0.762ｍｍに設定し、多層基板内に設ける層間接続導体３と側面の接地導体４との間隔を0.765ｍｍに設定したシミュレート結果である。このように、良好な特性を維持できている。

【0044】

次に本発明の幾つかの取りえる態様を例示する。

【0045】

図５は、本発明の回路構造の変形例１である。
図５（ａ）の回路構造は、更なる多層化を実施して、３層トリプレート構造を形成した態様である。図５（ｂ）の回路構造は、４層トリプレート構造を形成した態様である。
各々ストリップラインとなる複数の平面導体は、多層基板の異なる３層又は４層に設けられている。また、層間接続ラインとなる層間接続導体は、３層又は４層の平面導体を相互に接続する。各要素は、所望する高周波信号の分岐方向や合流方向に合わせてインピーダンスマッチングされた形状に形成される。
このように更なる多層トリプレート構造を実現する際にも、本発明はサイズ低減に有効に働く。なお、本構造は、例えば、フェーズドアレーアンテナなどで使用可能な高周波伝送経路の分岐や合流に採用できる。

【0046】

図６は、本発明の回路構造の変形例２である。
本回路構造は、層間接続導体３の側面側に各々２つずつ接地されたスルーホールを形成している。このように、層間接続導体３の周囲に、側面接地導体２と接地された所望数のスルーホールを配設する回路構造を採用してもよい。
また、スルーホールに変えて接地されたビアを側面接地導体２と共に周囲に配設する形状を採用してもよい。

【0047】

図７は、本発明の回路構造の変形例３である。
本回路構造は、トリプレートラインとなる平面導体が層ごとに異なる方向を向いている。このように回路構造を形成してもよい。

【0048】

以上説明したように、本発明によれば、多層基板の異なる層に複数のトリプレート構造の平面導体を有して且つ導体で接続した回路構造において、専有面積を少なく良好な回路特性を維持する回路構造体を提供できる。

【0049】

なお、本発明の具体的な構成は前述の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の変更があってもこの発明に含まれる。例えば、各々説明した変形例は適宜組み合わせて回路構造に組み入れることが可能である。

【0050】

また、上記の実施形態の一部又は全部は、以下のようにも記載されうる。尚、以下の付記は本発明をなんら限定するものではない。
［付記１］
多層トリプレート構造体となる接地導体面とストリップ導体とを各層に有する多層基板と、
異なる層の前記ストリップ導体相互を接続する層間接続ラインとなる層間接続導体と、
前記層間接続導体に略並行面にあたる位置関係にある前記多層基板の近傍側面に形成された接地導体と、
を含む回路構造体。

【0051】

［付記２］
前記多層基板の前記複数のストリップ導体に挟まれた一層に、前記層間接続導体部分を抜いた接地導体面を有する、上記付記記載の回路構造体。

【0052】

［付記３］
前記多層基板の前記複数のストリップ導体に挟まれた一層に、前記層間接続導体部分を抜いた接地導体面を有する、上記付記記載の回路構造体。

【0053】

［付記４］
前記層間接続導体と前記多層基板の近傍側面に形成された前記接地導体との間が前記多層基板の基材と異なる誘電体で形成された、上記付記記載の回路構造体。

【0054】

［付記５］
前記層間接続導体と前記多層基板の近傍側面に形成された前記接地導体との間が前記多層基板の基材の誘電率よりもより高い誘電率を有する誘電体で形成された、上記付記記載の回路構造体。

【0055】

［付記６］
前記層間接続導体と前記多層基板の近傍側面に形成された前記接地導体との間が前記多層基板の基材の誘電率よりもより低い誘電率を有する誘電体で形成された、上記付記記載の回路構造体。

【0056】

［付記７］
前記層間接続導体と前記多層基板の近傍側面に形成された前記接地導体との間が前記多層基板の基材と異なる誘電体で形成されており、
前記多層基板の側面に形成された前記接地導体と前記層間接続導体との間隔を、前記異なる誘電体の誘電率を係数として、前記多層基板に形成されるトリプレート構造のストリップ導体と接地導体との間隔とその間の誘電率に略一致する間隔に形成された、
上記付記記載の回路構造体。

【産業上の利用可能性】

【0057】

本発明は、高周波回路構造体を形成する際に、省スペース化が必要となる多層基板や、層数が多い多層基板に良好に採用できる。

【符号の説明】

【0058】

１，１’多層基板
２ 側面接地導体
３ 層間接続導体
４ 複数の平面導体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】