特許 6845118 高周波伝送線路

(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】6845118

(24)【登録日】2021年3月1日

(45)【発行日】2021年3月17日

(54)【発明の名称】高周波伝送線路

(51)【国際特許分類】

   H01P 5/08 20060101AFI20210308BHJP

   H05K 3/46 20060101ALI20210308BHJP

【ＦＩ】

   H01P5/08 A

   H05K3/46 N

   H05K3/46 Z

【請求項の数】7

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2017-206232(P2017-206232)

(22)【出願日】2017年10月25日

(65)【公開番号】特開2019-80193(P2019-80193A)

(43)【公開日】2019年5月23日

【審査請求日】2020年4月2日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004695

【氏名又は名称】株式会社ＳＯＫＥＮ

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】110000578

【氏名又は名称】名古屋国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】櫻井 一正

(72)【発明者】

【氏名】脇田 和弥

(72)【発明者】

【氏名】角谷 祐次

【審査官】 岸田 伸太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−２０４２０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／０００３８７２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 小西良弘著，マイクロ波回路の基礎とその応用 −基礎知識から新しい応用まで−，総合電子出版社，１９９０年，pp.45-47

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｐ ５／０８

Ｈ０５Ｋ ３／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

積層された複数の誘電体層（Ｌ１〜Ｌ６）を有する多層基板（２，２ａ〜２ｊ）と、
前記多層基板の２つの外面のそれぞれに形成された信号線路（３，３ａ，３ｂ，４）と、
前記２つの外面のそれぞれに形成された前記信号線路の間を接続する信号ビア（５）と、
前記多層基板に含まれて、前記複数の誘電体層の間に配置され、前記信号ビアを中心とした除去領域（６１）の周囲を覆う少なくとも１つのグランドプレーン（６）と、
前記複数の誘電体層のうちの少なくとも１層を積層方向に貫通し、且つ、前記信号ビアを囲むように配置され、前記グランドプレーンと導通する複数のグランドビア（７，７ａ，７ｂ）と、
を備え、
前記信号ビアと前記複数のグランドビアとの間には、前記積層方向に高周波信号を伝送する層間伝送線路（６２）が形成され、
前記信号ビアのビア径は、前記層間伝送線路において、前記高周波信号が、伝送方向に電界強度の強い強領域と前記強領域よりも電界強度の弱い弱領域とを形成する多モード干渉伝送によって伝搬するような寸法に形成されており、
前記信号ビアと前記グランドビアとの間のビア間距離、前記ビア径、及び前記多層基板の基板厚の少なくとも一つは、前記高周波信号が、前記多モード干渉伝送の前記強領域において前記層間伝送線路から前記信号線路へ導入されるように、形成されている、
高周波伝送線路。

【請求項2】

前記層間伝送線路は、前記積層方向から見たときに、前記信号ビアを中心とする円環状の線路であり、
前記多層基板は、内層に、前記信号ビア及び前記グランドビアの少なくとも一方に接続されて前記層間伝送線路の幅を狭くするような複数の導体パターン（６ａ，６ｂ）を備える、
請求項１に記載の高周波伝送線路。

【請求項3】

前記複数の導体パターンは、前記積層方向において、前記層間伝送線路を伝搬する前記高周波信号の管内波長の１／４以下の間隔で設けられている、
請求項２に記載の高周波伝送線路。

【請求項4】

前記導体パターンは、前記複数の誘電体層の間に配置されたパターン層に、前記グランドプレーンとともに形成されている、
請求項２又は３に記載の高周波伝送路。

【請求項5】

前記多層基板は、３層以上の前記誘電体層と、複数のグランドプレーンと、を備え、
前記複数のグランドビアは、前記３層以上の誘電体層のうち前記信号線路が形成された誘電体層を除いた部分層を貫通し、前記部分層に接する前記グランドプレーンと導通する層間ビア（７ａ，７ｂ）を含む、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の高周波伝送線路。

【請求項6】

前記層間ビア（７ｂ）は、前記層間伝送線路から前記層間ビアの方向へ漏洩し前記層間ビアと前記グランドプレーンとの間を進む漏洩電界である第１電界と、前記層間伝送線路から前記層間ビアの方向へ漏洩し前記層間ビア内へ進入した第２電界とが、打消し合うような寸法に構成されている、
請求項５に記載の高周波伝送線路。

【請求項7】

前記層間ビアは、前記信号ビアの中心及び前記層間ビアの中心を通る断面において、高さが前記層間伝送線路を伝搬する前記高周波信号の管内波長の１／４で、且つ、幅が前記管内波長の１／２となるように構成されている、
請求項６に記載の高周波伝送線路。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、多層基板の積層方向に高周波信号を伝送する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、多層の配線基板の両面に形成された信号線パターンを信号ビアで接続し、信号ビアを中心とした円に沿って、接地電位を有するグランドビアを配置することによって、同軸線路構造を備えた高周波伝送線路を形成する技術が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５−５０６８０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

一般に、同軸線路構造を備えた高周波伝送路では、伝送損失を抑制するため、シングルモード伝送によって信号が伝送される。上記高周波伝送線路において、シングルモード伝送を実現するためには、伝送する信号の周波数を高くするほど、信号ビアのビア径等を小さくする必要がある。そのため、上記高周波伝送線路を高周波信号（例えば、７０ＧＨｚ以上の信号）のシングルモード伝送に適用する場合、信号ビアのビア径等を非常に小さくする必要があり、上記高周波伝送線路の量産化が困難になるという問題がある。

【0005】

本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、量産化可能で、且つ損失を抑制可能な高周波伝送線路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】

【0006】

本開示は、多層基板（２，２ａ〜２ｊ）と、信号線路（３，３ａ，３ｂ，４）と、信号ビア（５）と、少なくとも１つのグランドプレーン（６）と、複数のグランドビア（７，７ａ，７ｂ）と、を備える。多層基板は、積層された複数の誘電体層（Ｌ１〜Ｌ６）を有する。信号線路は、多層基板の２つの外面のそれぞれに形成されている。信号ビアは、２つの外面のそれぞれに形成された信号線路の間を接続する。グランドプレーンは、多層基板に含まれて、複数の誘電体層の間に配置され、信号ビアを中心とした除去領域（６１）の周囲を覆う。複数のグランドビアは、複数の誘電体層のうちの少なくとも１層を積層方向に貫通し、且つ、信号ビアを囲むように配置され、グランドプレーンと導通する。信号ビアと複数のグランドビアとの間には、積層方向に高周波信号を伝送する層間伝送線路（６２）が形成される。そして、信号ビアのビア径は、層間伝送線路において、高周波信号が、伝送方向に電界強度の強い強領域と強領域よりも電界強度の弱い弱領域とを形成する多モード干渉伝送によって伝搬するような寸法に形成されている。また、信号ビアとグランドビアとの間のビア間距離、ビア径、及び多層基板の基板厚の少なくとも一つは、高周波信号が、多モード干渉伝送の強領域において層間伝送線路から信号線路へ導入されるように、形成されている。

【0007】

本開示によれば、信号ビアのビア径は、層間伝送線路において、高周波信号が多モード干渉伝送によって伝搬するような寸法に形成されている。すなわち、信号ビアのビア径は、層間伝送線路において、高周波信号がシングルモード伝送によって伝搬するような寸法と比べて大きな寸法に形成されている。そのため、高周波伝送線路の量産化が可能になる。

【0008】

ここで、一般に、多モード干渉伝送は、シングルモード伝送に比べて伝送損失が大きいが、伝送線路を適切に調整することで、伝送線路の入力部分の電界分布を伝送線路の出力部分に再現し、伝送損失を抑制することができる。そこで、高周波伝送線路のビア間距離、ビア径、及び基板厚の少なくとも一つは、高周波信号が、電界強度の強い強領域において層間伝送線路から信号線路へ導入されるように、設計されている。これにより、高周波信号が層間伝送線路を伝搬する際における伝送損失が抑制される。したがって、量産化可能で且つ伝送損失を抑制可能な高周波伝送線路を実現することができる。

【0009】

なお、この欄及び特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本開示の技術的範囲を限定するものではない。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１実施形態の実施例１の高周波伝送線路を示す平面図である。

【図2】図１においてＩＩ−ＩＩ線で切断した断面図である。

【図3】同軸線路を模式的に示した断面図である。

【図4】シングルモード伝送によって信号が伝搬する場合における、高周波伝送線路での電界分布を示す垂直断面図である。

【図5】マルチモード干渉伝送によって信号が伝搬する場合における、高周波伝送線路での電界分布を示す垂直断面図である。

【図6】同軸線路におけるシングルモード伝送及びマルチモード干渉伝送の周波数に対する伝送損失を示す図である。

【図7】第１実施形態の実施例２の高周波伝送線路を示す平面図である。

【図8】図７においてＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線で切断した断面図である。

【図9】第１実施形態の実施例３の高周波伝送線路を示す平面図である。

【図10】第１実施形態の実施例４の高周波伝送線路を示す平面図である。

【図11】第１実施形態の実施例５の高周波伝送線路を示す平面図である。

【図12】図１１においてＸＩＩ−ＸＩＩ線で切断した断面図である。

【図13】信号ビアとグランドビア間の基板内に亀裂が生じて、信号ビアとグランドビアとが導通する様子を説明する説明図である。

【図14】第２実施形態の実施例１の高周波伝送線路の表面を示す平面図である。

【図15】第２実施形態の実施例１の高周波伝送線路の内面を示す平面図である。

【図16】図１４においてＸＶＩ−ＸＶＩ線で切断した断面図である。

【図17】内層ランドを備える高周波伝送線路を信号が伝搬した場合における、高周波伝送線路での電界分布を示す垂直断面図である。

【図18】内層ランドを備えない高周波伝送線路を信号が伝搬した場合における、高周波伝送線路での電界分布を示す垂直断面図である。

【図19】内層ランドを備える高周波伝送線路及び内層ランドを備えない高周波伝送線路での周波数に対する伝送損失をそれぞれ示す図である。

【図20】第２実施形態の実施例２の高周波伝送線路を示す鉛直断面図である。

【図21】第２実施形態の実施例３の高周波伝送線路を示す鉛直断面図である。

【図22】第３実施形態の実施例１の高周波伝送線路を示す平面図である。

【図23】図２２においてＸＸＩＩＩ−ＸＸＩＩＩ線で切断した断面図である。

【図24】従来の高周波伝送線路の一例の平面図である。

【図25】従来の高周波伝送線路の一例の鉛直断面図である。

【図26】従来の高周波伝送線路の他の一例の平面図である。

【図27】従来の高周波伝送線路の他の一例の鉛直断面図である。

【図28】第３実施形態の高周波伝送線路での電界分布を示す鉛直断面図である。

【図29】比較例の高周波伝送線路での電界分布を示す鉛直断面図である。

【図30】比較例及び第３実施形態の高周波伝送線路での周波数に対する伝送損失を示す図である。

【図31】第３実施形態における第２実施例の高周波伝送路の平面図である。

【図32】第４実施形態における高周波伝送線路での電界分布を示す鉛直断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照しながら、発明を実施するための形態を説明する。
＜１．第１実施形態＞
＜１−１．実施例１＞
＜１−１−１．構成＞
本開示の高周波伝送線路は、高周波信号、特に７０ＧＨｚ以上の周波数の高周波信号の伝送に適用されることを想定している。詳しくは、本開示の高周波伝送線路は、アンテナの給電に用いられることを想定している。

【0012】

まず、第１実施形態における実施例１の高周波伝送線路１０の構成について、図１及び図２を参照して説明する。高周波伝送線路１０は、多層基板２と、信号線路３，４と、信号ビア５と、６個の貫通ビア７と、を備える。

【0013】

多層基板２は、２層の誘電体層Ｌ１，Ｌ２と、誘電体層Ｌ１，Ｌ２のそれぞれを挟む３層のパターン層Ｐ１〜Ｐ３と、を有する。以下では、パターン層Ｐ１〜Ｐ３のうち、多層基板２の外面に配置されたパターン層Ｐ１，Ｐ３を外層と称し、誘電体層Ｌ１とＬ２との間に配置されたパターン層Ｐ２を中間層と称する。

【0014】

外層Ｐ１，Ｐ３には、それぞれ高周波信号を伝送する導波路となる信号線路３，４が形成されている。信号線路３は外層Ｐ１に形成された導体パターンであり、信号線路４は外層Ｐ３に形成された導体パターンである。信号線路３，４は、例えば、エッチングによって形成された銅箔が用いられる。信号線路３，４の先端は、２層の誘電体層Ｌ１，Ｌ２を挟んで対向する位置に配置されており、多層基板２を貫通する信号ビア５を介して相互に接続されている。信号ビア５は、金属製の導体である。

【0015】

中間層Ｐ２は、グランドプレーン６が形成されている。グランドプレーン６は、銅箔等を用いて中間層Ｐ２に形成された導体パターンであり、接地電位に接続されている。グランドプレーン６は、誘電体層Ｌ１と誘電体層Ｌ２とが当接する面のうち、除去領域６１以外の全体を覆うように形成されている。除去領域６１は、信号ビアを中心とする円形の領域である。つまり、信号ビア５は、グランドプレーン６とは非導通となるように形成されている。

【0016】

６個の貫通ビア７は、多層基板２を積層方向に貫通し、グランドプレーン６と導通する金属製の導体である。つまり、貫通ビア７はグランドビアである。以下では、貫通ビア７をグランドビア７とも称する。本実施形態では、貫通ビア７のビア径は、信号ビア５のビア径ｒ１と等しい。６個の貫通ビア７は、信号ビア５を中心とする円Ｃ上に、貫通ビア７のスルーホールが外接するように設けられている。そして、信号ビア５と６個の貫通ビア７との間には、積層方向に高周波信号を伝送する層間伝送線路６２が形成される。層間伝送線路６２は、積層方向に垂直な断面が２つの同心円で囲まれた円環状、いわゆるドーナツ形状になっている。

【0017】

円Ｃは、除去領域６１の外周縁によって形成される円である。円Ｃの半径は、信号ビア５を内部導体とする同軸線路において、外部導体が配置されるべき位置が円Ｃ上に一致するように設定される。これにより、高周波伝送線路１０は、信号ビア５を内部導体、６個の貫通ビア７を外部導体とした疑似的な同軸線路を備える。円Ｃの半径は、層間伝送線路６２を伝搬する高周波信号の周波数、層間伝送線路６２のインピーダンス、誘電体層Ｌ１，Ｌ２の誘電率等から求められる。

【0018】

＜１−１−２．伝送モード＞
次に、同軸線路の伝送モードについて説明する。図３に、同軸線路の模式図を示す。図３に示すように、内部導体の外径をｄ、外部導体の内径をＤ、内部導体と外部導体の間の誘電体の比誘電率をεｒ、光速をｃとした場合、同軸線路の限界周波数ｆｃは、次の式（１）により算出される。

【0019】

【数1】

【0020】

限界周波数ｆｃ以下の周波数の信号は、基底モードのＴＥＭモードだけで信号を伝送するシングルモード伝送によって、同軸線路を伝搬する。図４は、高周波信号がシングルモード伝送によって層間伝送線路を伝搬した場合の電界強度分布を示す。図４に示すように、高周波信号の周波数を限界周波数ｆｃ以下にした場合、信号ビアの近傍に積層方向に連続して電界強度の強い強領域が形成される。そのため、導波路と層間伝送線路との接続部分、詳しくは層間伝送線路から信号線路への出力部分での伝送損失が抑制される。

【0021】

ただし、式（１）に示すように、限界周波数ｆｃを高くするためには、外径ｄ又は内径Ｄを小さくする必要がある。内径Ｄ、つまり、信号ビアの側壁とグランドビアの側壁とのビア間距離Ｒｄは、信号ビアとグランドビアが導通しないように、信頼性の観点から、ある程度の長さにする必要がある。よって、限界周波数ｆｃを高くするためには、ビア間距離Ｒｄを所定の値にして、外径ｄ、つまり、信号ビアのビア径ｒ１を小さくすることになる。７７ＧＨｚの高周波信号を伝送する場合は、限界周波数ｆｃを７７ＧＨｚ帯の最大周波数である８１ＧＨｚ以上にする必要がある。限界周波数ｆｃを８１ＧＨｚ以上にするためには、ビア径ｒ１を０．２ｍｍ以下にする必要がある。図４に示す例では、ビア径ｒ１を０．１５ｍｍに形成している。

【0022】

しかしながら、ビア径ｒ１が小さすぎると、高周波伝送線路の量産が困難になる。高周波伝送線の量産を可能にするためには、ビア径ｒ１を０．３ｍｍ以上にすることが望ましい。つまり、７７ＧＨｚの高周波信号の伝送に用いる高周波伝送線路を量産可能な大きさにすると、層間伝送線路はシングルモード伝送の条件を満たさなくなり、層間伝送線路に内には、基底モードだけでなく高次モードが複数励振される。そして、高周波信号は、励振された複数のモード間で共振をしながら層間伝送線路を伝搬する。つまり、高周波信号は、高周波信号は多モード干渉伝送によって層間伝送線路を伝搬する。

【0023】

高周波信号が多モード干渉伝送によって層間伝送線路を伝搬すると、伝送方向に電界強度の強い強領域と、強領域よりも電界強度の弱い弱領域とが形成される。図５は、ビア径ｒ１を０．７ｍｍに形成し、高周波信号が多モード干渉伝送によって層間伝送線路を伝送した場合の電界強度分布を示す。図５に示すように、層間伝送線路には、伝送方向に強領域と弱領域とが交互に形成されている。層間伝送線路の出力部分に弱領域が形成されると伝送損失が増大するが、出力部分に強領域が形成されると伝送損失が抑制される。そして、多モード干渉伝送では、層間伝送線路の長さや幅を調整することで、信号線路から層間伝送線路への入力部分のモードを、層間伝送線路から信号線路への出力部分に再現することができる。つまり、層間伝送線路から信号線路への出力部分に強領域を形成することができる。

【0024】

よって、本実施形態では、高周波伝送線路１０の信号ビア５のビア径ｒ１を、量産可能な寸法、すなわち、多モード干渉伝送によって伝搬するような寸法に形成した。さらに、本実施形態では、高周波信号が、電界の強領域において層間伝送線路６２から信号線路４へ導入されるように、多層基板２の基板厚Ｈｏ、ビア間距離Ｒｄ、及びビア径ｒ１の少なくとも一つを設計した。以下、高周波信号が、電界の強領域において層間伝送線路６２から信号線路４へ導入されるように、多層基板２の基板厚Ｈｏ、ビア間距離Ｒｄ、及びビア径ｒ１の少なくとも一つを調整することを、電界分布調整と称する。

【0025】

＜１−１−３．解析結果＞
図６に、ビア径ｒ１を０．１５ｍｍにした場合と、ビア径を０．７ｍｍにし、電界分布調整した場合における周波数に対する伝送損失を示す。図６に示すように、ビア径ｒ１を０．１５ｍｍにした場合、周波数が７０ＧＨｚ〜８０ＧＨｚの範囲では、ビア径を０．７ｍｍにした場合よりも伝送損失が低くなっているが、周波数が８０ＧＨｚを超えた辺りから、伝送損失が急激に大きくなっている。

【0026】

これは、ビア径を０．１５ｍｍにした場合、周波数が７０ＧＨｚ〜８０ＧＨｚの範囲では、層間伝送線路がシングルモード条件を満たしているのに対して、周波数が８０ＧＨｚを超えた辺りから、層間伝送線路がシングルモード条件を満たさなくなっていることを示している。すなわち、ビア径ｒ１を０．１５ｍｍにした場合、周波数が８０ＧＨｚを超えた辺りから、高周波信号は多モード干渉伝送によって層間伝送線路を伝搬しているが、電界分布調整されていないため、伝送損失が急激に大きくなっている。一方、ビア径を０．７ｍｍにして電界分布調整した場合は、周波数７０ＧＨｚ〜８５ＧＨｚの範囲で、伝送損失が略１ｄＢ以下に抑制されており、良好な伝送損失が実現されている。

【0027】

＜１−２．実施例２＞
次に、図７及び図８に、第１実施形態における実施例２の高周波伝送線路１０ａを示す。高周波伝送線路１０ａは、多層基板２ａと、信号線路３，４と、信号ビア５と、６個の貫通ビア７と、２個の層間ビア７ａと、を備える。

【0028】

多層基板２ａは、３層の誘電体層Ｌ１〜Ｌ３と、誘電体層Ｌ１〜Ｌ３のそれぞれを挟む４層のパターン層Ｐ１〜Ｐ４と、を備える。以下では、パターン層Ｐ１〜Ｐ４のうち、多層基板２ａの外面に配置されたパターン層Ｐ１，Ｐ４を外層と称し、それ以外のパターン層Ｐ２，Ｐ３を中間層と称する。

【0029】

外層Ｐ１，Ｐ４には、信号線路３，４が形成されている。そして、中間層Ｐ２，Ｐ３には、それぞれグランドプレーン６が形成されている。さらに、多層基板２ａには、２個の層間ビア７ａが形成されている。２個の層間ビア７ａは、３層の誘電体層Ｌ１〜Ｌ２のうち、信号線路３，４が形成された誘電体層を除いた誘電体層Ｌ２を貫通し、中間層Ｐ２，Ｐ３に形成された２つのグランドプレーン６を相互に導通させるように形成されている。つまり、層間ビア７ａは、層内に形成されたグランドビアである。よって、高周波伝送線路１０ａのグランドビアは、６個の貫通ビア７と２個の層間ビア７ａとを含む。以下では、層間ビア７ａを、グランドビア７ａとも称する。

【0030】

また、積層方向において、２個の層間ビア７ａのうちの１個は、信号線路３に重なる位置に配置されており、残りの１個は信号線路４に重なる位置に配置されている。つまり、層間ビア７ａは、外層Ｐ１，Ｐ４に信号線路３，４が形成されているために、多層基板２ａを貫通させることができない位置に形成されている。

【0031】

よって、高周波伝送線路１０ａは、高周波伝送線路１０の構成に、グランドビアとして２個の層間ビア７ａを追加したことにより、高周波伝送線路１０よりもさらに伝送損失を低減させることができる。

【0032】

高周波伝送線路１０ａは、一例として、基板厚Ｈｏを１ｍｍ、信号ビア５の中心から信号線路３，４の端までの長さＬｌを４．５ｍｍ、誘電体層Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の厚さをそれぞれ０．１ｍｍ，０．８ｍｍ，０．１ｍｍ、信号ビア５、貫通ビア７及び層間ビア７ａのビア径ｒ１を０．７ｍｍ、信号ビア５及び貫通ビア７のランド径ｒ２を０．９５ｍｍ、信号線路３，４の幅を０．３ｍｍとするとよい。

【0033】

なお、積層方向において、２個の層間ビア７ａのうち信号線路３，４に重なる位置に配置されている層間ビア７ａは、中間層と信号線路３，４が配線されていない側の外層を貫通し、多層基板２ａの２つの外面のうちの一方に露出していてもよい。すなわち、２個の層間ビア７ａのうち信号線路３に重なる位置に配置されている層間ビア７ａは、誘電体層Ｌ２，Ｌ３を貫通し、外層Ｐ４に露出していてもよい。また、２個の層間ビア７ａのうち信号線路４に重なる位置に配置されている層間ビア７ａは、誘電体層Ｌ２，Ｌ１を貫通し、外層Ｐ１に露出していてもよい。

【0034】

＜１−３．実施例３＞
次に、図９に、第１実施形態における実施例３の高周波伝送線路１０ｂを示す。高周波伝送線路１０ｂは、多層基板２ｂと、信号線路３，４と、信号ビア５と、８個の層間ビア７ａと、を備える。つまり、高周波伝送線路１０ｂは、高周波伝送線路１０ａと比べて、６個の貫通ビア７の代わりに６個の層間ビア７ａを備え、グランドビアが全て層間ビア７ａである点で異なる。

【0035】

＜１−４．実施例４＞
次に、図１０に、第１実施形態における実施例４の高周波伝送線路１０ｃを示す。高周波伝送線路１０ｃは、多層基板２ｃと、信号線路３，４と、信号ビア５と、４個の貫通ビア７と、２個の層間ビア７ａと、を備える。つまり、高周波伝送線路１０ｃは、高周波伝送線路１０ａと比べて貫通ビア７の数が２個少ない。グランドビアの数は、高周波信号を層間伝送線路６２内に十分に閉じ込めることができる数であればよく、限定されるものではない。

【0036】

＜１−５．実施例５＞
次に、図１１及び図１２に、第１実施形態における実施例５の高周波伝送線路１０ｄを示す。高周波伝送線路１０ｄは、多層基板２ｄと、信号線路３ａ，３ｂ，４と、信号ビア５と、６個の貫通ビア７と、２個の層間ビア７ａと、を備える。多層基板２ｄは、多層基板２ａと同様の構成である。つまり、高周波伝送線路１０ｄは、高周波伝送線路１０ａと比べて、信号線路３の代わりに信号線路３ａと信号線路３ｂとを備える点で異なる。

【0037】

信号線路３ａ，３ｂは、外層Ｐ１に形成された導体パターンである。積層方向において、信号線路３ｂは、信号線路４と重なる位置に配置されている。信号線路３ａと信号線路３ｂは、信号ビア５に接続されており、信号ビア５を介して直線上に配置されている。これにより、信号線路４から層間伝送線路６２へ入力された高周波信号を、信号線路３ａと信号線路３ｂとに分岐して出力させることができる。

【0038】

＜１−６．効果＞
以上説明した第１実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１）ビア径ｒ１は、層間伝送線路６２において、高周波信号が多モード干渉伝送によって伝搬するような寸法に形成されている。すなわち、ビア径ｒ１は、層間伝送線路６２において、高周波信号がシングルモード伝送によって伝搬するような寸法と比べて大きな寸法に形成されている。そのため、高周波伝送線路１０，１０ａ〜１０ｄを量産化することができる。そして、高周波伝送線路１０，１０ａ〜１０ｄの基板厚Ｈｏ、ビア間距離Ｒｄ、及びビア径ｒ１の少なくとも一つは、高周波信号が、電界強度の強い強領域において層間伝送線路６２から信号線路３又は信号線路４へ導入されるように、設計されている。これにより、高周波信号が層間伝送線路６２を伝搬する際における伝送損失が抑制される。したがって、量産化可能で且つ伝送損失を抑制可能な高周波伝送線路１０，１０ａ〜１０ｄを実現することができる。

【0039】

（２）実施例２〜４の高周波伝送線路１０ａ〜１０ｄは、信号線路３，４の下側又は上側の位置に配置された層間ビア７ａを備える。これにより、高周波伝送線路１０ａ〜１０ｄは、高周波信号をより効果的に層間伝送線路６２内に閉じ込めることができ、伝送損失をより抑制することができる。

【0040】

＜２．第２実施形態＞
＜２−１．実施例１＞
＜２−１−１．第１実施形態との相違点＞
第２実施形態は、基本的な構成は第１実施形態の各実施例と同様であるため、共通する構成については説明を省略し、相違点を中心に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

【0041】

第２実施形態の高周波伝送線路は、層間伝送線路の幅を狭くするような複数の内層ランドを備える点で、第１実施形態の各実施例と相違する。
第１実施形態において、基板厚Ｈｏ、ビア間距離Ｒｄ、及びビア径ｒ１の少なくとも１つを調整して、電界分布調整することを説明した。ここで、基板厚Ｈｏは、適用する機器の制約を受け、自由に調整できないことがある。そこで、基板厚Ｈｏは一定とし、ビア間距離Ｒｄを短くして電界分布調整することが考えられる。ビア間距離Ｒｄを短くすると、信号ビア５とグランドビア７，７ａとの間で、高周波信号の電界が分布できる領域が狭くなり、層間伝送線路６２において励振される高次モードの数が減少する。そのため、層間伝送線路６２の出力部分に電界分布の強領域を形成しやすくなる。

【0042】

しかしながら、図１３に示すように、ビア間距離Ｒｄを短くすると、信号ビア５とグランドビア７，７ａとが導通する可能性がある。グランドビア７，７ａは、ドリルで誘電体層に孔を開け、その孔にめっき処理して形成する。ここで、ドリルで誘電体層に孔を開ける際に誘電体層に亀裂Ｃ１，Ｃ２が生じ、亀裂Ｃ１，Ｃ２にめっきが溶け込むことがある。ビア間距離Ｒｄが短いと、亀裂Ｃ１，Ｃ２に溶け込んだめっきによって信号ビア５とグランドビア７，７ａが導通することがある。よって、ビア間距離Ｒｄは、信頼性の観点から一定の距離以上にする必要がある。一例として、ビア間距離Ｒｄは０．４５ｍｍ以上にすることが望ましい。

【0043】

そこで、第２実施形態の高周波伝送路は、複数の内層ランドを備える。複数の内層ランドによって、高周波伝送線路に、信号ビア５の側壁及びグランドビア７，７ａの側壁の少なくとも一方よりも層間伝送線路６２の側へ突出した疑似的な壁が形成され、層間伝送線路６２の幅が狭くなる。

【0044】

第２実施形態における実施例１の高周波伝送線路１０ｅの構成について、図１４〜１６を参照して説明する。高周波伝送線路１０ｅは、多層基板２ｅと、信号線路３，４と、信号ビア５と、６個の貫通ビア７と、２個の層間ビア７ａと、３個の第１内層ランド６ａと、３個の第２内層ランド６ｂと、を備える。

【0045】

多層基板２ｅは、４層の誘電体層Ｌ１〜Ｌ４と、誘電体層Ｌ１〜Ｌ４のそれぞれを挟む５層のパターン層Ｐ１〜Ｐ５と、を備える。以下では、パターン層Ｐ１〜Ｐ５のうち、多層基板２ｅの外面に配置されたパターン層Ｐ１，Ｐ５を外層と称し、それ以外のパターン層Ｐ２〜Ｐ４を中間層と称する。

【0046】

外層Ｐ１，Ｐ５には、信号線路３，４が形成されている。そして、中間層Ｐ２〜Ｐ４には、それぞれグランドプレーン６と、第１内層ランド６ａと、第２内層ランド６ｂと、が形成されている。つまり、中間層Ｐ２〜Ｐ４のそれぞれにおいて、導体パターンの一部がグランドプレーン６となり、導体パターンの他の一部が第１内層ランド６ａとなり、導体パターンの別の他の一部が第２内層ランド６ｂとなっている。

【0047】

第１内層ランド６ａは、８個のグランドビア７，７ａに接続され、グランドプレーン６と一体で形成された導体パターンである。図１５に示すように、第１内層ランド６ａは、８個のグランドビア７，７ａの信号ビア５と対向する側壁に接続され、信号ビア５に向かって突出した円環状の導体パターンである。また、第２内層ランド６ｂは、信号ビア５に接続され、信号ビア５の側壁から８個のグランドビア７，７ａへ向かって突出した円環状の導体パターンである。第１内層ランド６ａ及び第２内層ランド６ｂのいずれも、信号ビア５の中心を中心とした２つの同心円で囲まれた円環状の導体パターンである。

【0048】

また、３個の第１内層ランド６ａ及び３個の第２内層ランド６ｂは、積層方向において、層間伝送線路６２を伝搬する高周波信号の管内波長λｇの１／４以下の間隔で設けられている。すなわち、誘電体層Ｌ２，Ｌ３の厚さは、λｇ／４以下になっている。これにより、図１６に示すように、３個の第１内層ランド６ａの先端で、８個のグランドビア７，７ａの側壁よりも信号ビア５に近づいた疑似壁面が形成される。また、３個の第２内層ランド６ｂの先端で、信号ビア５の側壁よりもグランドビア７，７ａに近づいた疑似壁面が形成される。そして、形成された２つの疑似壁面の間に、ビア間距離Ｒｄよりも幅が狭い層間伝送線路６２が形成される。

【0049】

＜２−１−２．解析結果＞
次に、内層ランドを備える高周波伝送線路１０ｅの鉛直断面における電界分布の解析結果を図１７に示す。また、比較例として、高周波伝送線路１０ｅから第１内層ランド６ａと第２内層ランド６ｂを除いた内層ランドを備えない高周波伝送線路の鉛直断面における電界分布の解析結果を図１８に示す。図１８に示すように、高周波伝送線路１０ｅは、比較例と比べて、層間伝送線路６２における電界分布の広がりが狭くなっていることがわかる。また、高周波伝送線路１０ｅと比較例の周波数に対する伝送損失を図１９に示す。図１９に示すように、周波数７４ＧＨｚ〜８２ＧＨｚの範囲では、高周波伝送線路１０ｅは、比較例よりも伝送損失が小さくなっていることがわかる。

【0050】

＜２−２．実施例２＞
次に、図２０に、第２実施形態における実施例２の高周波伝送線路１０ｆを示す。高周波伝送線路１０ｆは、多層基板２ｆと、信号線路３，４と、信号ビア５と、６個の貫通ビア７（図示なし）と、２個の層間ビア７ａと、第１内層ランド６ａと、を備える。すなわち、高周波伝送線路１０ｆは、高周波伝送線路１０ｅと比べて、第２内層ランド６ｂを備えていない点で異なる。その代り、高周波伝送線路１０ｆの第１内層ランド６ａは、高周波伝送線路１０ｅの第１内層ランド６ａよりも、信号ビア５に向かって突出している長さが長くなっている、すなわち円環の幅が広くなっている。このような高周波伝送線路１０ｆによれば、高周波伝送線路１０ｅと同程度、層間伝送線路６２の幅を狭くすることができる。

【0051】

＜２−３．実施例３＞
次に、図２１に、第２実施形態における実施例３の高周波伝送線路１０ｇを示す。高周波伝送線路１０ｇは、多層基板２ｇと、信号線路３，４と、信号ビア５と、６個の貫通ビア７（図示なし）と、２個の層間ビア７ａと、第２内層ランド６ｂと、を備える。すなわち、高周波伝送線路１０ｇは、高周波伝送線路１０ｅと比べて、第１内層ランド６ａを備えていない。その代り、高周波伝送線路１０ｇの第２内層ランド６ｂは、高周波伝送線路１０ｅの第２内層ランド６ｂよりも、８個のグランドビア７，７ａに向かって突出している長さが長くなっている、すなわち円環の幅が広くなっている。このような高周波伝送線路１０ｇによれば、高周波伝送線路１０ｅと同程度、層間伝送線路６２の幅を狭くすることができる。

【0052】

＜２−４．効果＞
以上説明した第２実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１）又は（２）に加え、以下の効果が得られる。

【0053】

（３）高周波伝送線路１０ｅ〜１０ｇが、複数の第１内層ランド６ａ及び複数の第２内層ランド６ｂの少なくとも一方を備えることにより、高周波伝送線路１０ｅ〜１０ｇの層間伝送線路６２に励振される高周波信号の高次モードの数が低減され、高次モードの影響が抑制される。その結果、層間伝送線路６２の出力部分に電界分布の強領域が形成され、高周波伝送線路１０ｅ〜１０ｇの伝送損失が抑制される。すなわち、高周波伝送線路１０ｅ〜１０ｇは、複数の第１内層ランド６ａ及び複数の第２内層ランド６ｂの少なくとも一方を備えることにより、ビア間距離Ｒｄを短くした場合と等価な効果を奏する。

【0054】

（４）高周波伝送線路１０ｅ〜１０ｇは、複数の第１内層ランド６ａ及び複数の第２内層ランド６ｂの積層方向の間隔が、λｇ／４以下に構成される。これにより、信号ビア５の側壁よりもグランドビア７，７ａに向かって突出した疑似的な壁面、及び／又は、グランドビア７，７ａの側壁よりも信号ビア５に向かって突出した疑似的な側面が形成されるため、高周波伝送線路１０ｅ〜１０ｇは、ビア間距離Ｒｄを短くした場合と等価な効果を奏する。

【0055】

（５）第１内層ランド６ａ及び第２内層ランド６ｂは、グランドプレーン６と同じ層に形成することができる。

【0056】

＜３．第３実施形態＞
＜３−１．実施例１＞
＜３−１−１．第１実施形態との相違点＞
第３実施形態は、基本的な構成は第１実施形態の実施例２と同様であるため、共通する構成については説明を省略し、相違点を中心に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

【0057】

第３実施形態の高周波伝送線路は、層間ビアがいわゆるスタブ構造になっている点で、第１実施形態の実施例２と相違する。
第３実施形態における実施例１の高周波伝送線路１０ｈの構成について、図２２及び図２３を参照して説明する。高周波伝送線路１０ｈは、多層基板２ｈと、信号線路３，４と、信号ビア５と、６個の貫通ビア７と、２個の層間ビア７ｂと、を備える。高周波伝送線路１０ｈは、第１実施形態と同様に、電界分布調整されている。

【0058】

多層基板２ｈは、６層の誘電体層Ｌ１〜Ｌ６と、誘電体層Ｌ１〜Ｌ６のそれぞれを挟む７層のパターン層Ｐ１〜Ｐ７と、を備える。以下では、パターン層Ｐ１〜Ｐ７のうち、多層基板２ｈの外面に配置されたパターン層Ｐ１，Ｐ７を外層と称し、それ以外のパターン層Ｐ２〜Ｐ６を中間層と称する。

【0059】

外層Ｐ１，Ｐ７には、信号線路３，４が形成されている。そして、中間層Ｐ２〜Ｐ６には、それぞれグランドプレーン６が形成されている。２個の層間ビア７ｂは、６層の誘電体層Ｌ１〜Ｌ６のうち、中央の誘電体層Ｌ３，Ｌ４を貫通し、中間層Ｐ３，Ｐ５に形成された２つのグランドプレーン６を相互に導通させるように形成されている。

【0060】

各層間ビア７ｂの上には誘電体層Ｌ２が配置されており、誘電体層Ｌ２の上にはグランドプレーン６が配置されている。また、各層間ビア７ｂの下には誘電体層Ｌ５が配置されており、誘電体層Ｌ５の下にはグランドプレーン６が配置されている。誘電体層Ｌ２，Ｌ５は、グランドプレーン６を設置するための接着剤になっている。つまり、各層間ビア７ｂの上と下には必ず誘電体層が配置される。また、各層間ビア７ｂのスルーホール内には、誘電体層Ｌ１〜Ｌ６と同じ誘電体が充填されている。

【0061】

ここで、層間ビアを備えていない高周波伝送線路２０ａを、図２４及び図２５に示す。高周波伝送線路２０ａは、信号線路３，４に重なる位置にグランドビアを備えていない。そのため、高周波伝送線路２０ａは、信号線路３の下側及び信号線路４の上側において、層間伝送線路６２から誘電体層Ｌ２〜Ｌ５へ高周波信号の電界Ｅａが漏洩する。

【0062】

また、層間ビア７ａを備えている高周波伝送線路２０ｂを、図２６及び図２７に示す。高周波伝送線路２０ｂは、層間伝送線路６２から層間ビア７ａの上下に設けられた誘電体層Ｌ２，Ｌ５へ電界Ｅｂが漏洩する。層間伝送線路６２から電界が漏洩すると、その分の伝送損失が増加するため、漏洩電界の抑制することが望ましい。

【0063】

そこで、本実施形態では、層間ビア７ｂのそれぞれをいわゆるスタブ構造に形成して、漏洩電界を抑制し、伝送損失の低減を図った。すなわち、層間ビア７ｂは、層間伝送線路６２から層間ビア７ｂの方向へ漏洩した第１電界Ｅ１と第２電界Ｅ２とが、打消し合うような寸法に構成されている。第１電界Ｅ１は、層間ビア７ｂと層間ビア７ｂの上側と下側のグランドプレーン６との間の誘電体層Ｌ２，Ｌ５を進む漏洩電界である。第２電界Ｅ２は、層間ビア７ｂ内へ進入した漏洩電界である。第２電界Ｅ２は、層間ビア７ｂへ進入し、層間ビア７ｂの上側又は下側のグランドプレーン６に反射される。

【0064】

具体的には、層間ビア７ｂは、層間ビア７ｂ内に定在波が形成されるように、層間ビア７ｂと信号ビア５の中心を通る鉛直断面において、積層方向に垂直な方向の幅Ｗがλｇ／２となるように構成されている。また、層間ビア７ｂは、第１電界Ｅ１の位相に対して第２電界Ｅ２の位相が１８０度ずれるように、上記鉛直断面において、積層方向の高さＨがλｇ／４となるように構成されている。つまり、層間ビア７ｂは、直径λｇ／２、高さλｇ／４の円筒となるように構成されている。

【0065】

＜３−１−２．解析結果＞
次に、上記鉛直断面における高周波伝送線路１０ｈの鉛直断面における電界分布の解析結果を図２８に示す。また、比較例として、高さＨをλｇ／４、幅Ｗをλｇ／６とした層間ビアを備える高周波伝送線路の鉛直断面における電界分布の解析結果を図２９に示す。図２８及び図２９において楕円で囲んだ部分を比較すると、比較例では、層間ビアとその上下のグランドプレーン６との間の誘電体層に電界が漏洩しているが、高周波伝送線路１０ｈでは、電界の漏洩が抑制されていることがわかる。また、高周波伝送線路１０ｈと比較例の周波数に対する伝送損失を図３０に示す。図３０に示すように、周波数６３ＧＨｚ〜８３ＧＨｚの範囲では、高周波伝送線路１０ｈは、比較例よりも伝送損失が小さくなっていることがわかる。特に、周波数７７ＧＨｚでは、高周波伝送線路１０ｈは、比較例と比べて伝送損失が０．５ｄＢ改善している。

【0066】

＜３−２．実施例２＞
次に、図３１に、第３実施形態における実施例２の高周波伝送線路１０ｉを示す。高周波伝送線路１０ｉは、多層基板２ｉと、信号線路３，４と、信号ビア５と、６個の貫通ビア７と、６個の層間ビア７ｂと、を備える。つまり、高周波伝送線路１０ｉは、高周波伝送線路１０ｈと比べて、４個の層間ビア７ｂを追加で備えている。追加の４個の層間ビア７ｂは、６個の貫通ビア７よりも信号ビア５から離れて、６個の貫通ビア７の外側に配置されている。このような高周波伝送線路１０ｉによれば、高周波伝送線路１０ｈよりもさらに電界の漏れを抑制して、伝送損失を低減することができる。

【0067】

＜３−３．効果＞
以上説明した第２実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１）又は（２）に加え、以下の効果が得られる。

【0068】

（６）層間ビア７ｂを、第１電界Ｅ１と第２電界Ｅ２とが打消し合うような寸法に構成することにより、層間伝送線路６２から誘電体層への電界の漏洩を抑制することができる。ひいては、高周波信号の伝送損失を抑制することができる。

【0069】

（７）層間ビア７ｂの幅Ｗをλｇ／２とすることで、層間ビア７ｂ内に進入した第２電界Ｅ２は定在波となる。そして、層間ビア７ｂの高さＨをλｇ／４とすることで、誘電体層を進む第１電界Ｅ１に対して、定在波である第２電界Ｅ２の位相が１８０°ずれる。これにより、第１電界Ｅ１と第２電界Ｅ２とが打消し合い、漏洩電界を抑制することができる。

【0070】

＜４．第４実施形態＞
＜４−１．第２実施形態との相違点＞
第３実施形態は、基本的な構成は第２実施形態の実施例１と同様である。第４実施形態の高周波伝送線路１０ｊは、多層基板２ｉと同様の構成の多層基板２ｊを備え、高周波伝送線路１０ｅの層間ビア７ａを、第３実施形態における実施例１の高周波伝送線路１０ｈの層間ビア７ｂに置き換えたものである。すなわち、高周波伝送線路１０ｊは、電界分布調整され、内層ランドとスタブ構造の内層ビアを備えている。

【0071】

高周波伝送線路１０ｊの鉛直断面における電界分布の解析結果を図３２に示す。図３２に示す高周波伝送線路１０ｊの電界分布と、図１８に示す高周波伝送線路１０ｅの電界分布と比較すると、高周波伝送線路１０ｊでは、高周波伝送線路１０ｅと比べて、層間ビアとその上下のグランドプレーンとの間の誘電体層への電界漏洩が抑制されていることがわかる。すなわち、高周波伝送線路１０ｊでは、層間伝送線路における電界分布の広がりが抑制されているとともに、層間ビアとその上下のグランドプレートの間の誘電体層への電界漏洩が抑制されていることがわかる。

【0072】

＜４−２．効果＞
以上説明した第４実施形態によれば、前述した第１〜３実施形態の効果（１）〜（７）が得られる。

【0073】

＜他の実施形態＞
以上、本開示を実施するための形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

【0074】

（ａ）上記各実施形態において、多層基板２，２ａ〜２ｊの積層数は限定されるものではない。多層基板２，２ａ〜２ｊの積層数は適宜決めればよい。また、グランドビア７，７ａの個数も適宜決めればよい。

【0075】

（ｂ）貫通ビア７は、スルーホールを備える構造に限定されるものではない。貫通ビア７は、信号ビア５を囲むように設けられ、グランドプレーンに接続された金属壁でもよい。例えば、円Ｃ上に設けられた円弧形状の金属壁でもよい。また、貫通ビア７は、信号ビア５を囲むように設けられた、積層方向に垂直な断面が矩形状の金属溝でもよい。例えば、高周波伝送線路１０において、３個の貫通ビア７を１つの金属溝にして、信号線路３，４を挟むように２つの金属溝を設置してもよい。

【0076】

（ｃ）実施形態３及び４において、層間ビア７ｂの高さＨ及び幅Ｗはλｇ／２及びλｇ／４に完全に一致した寸法でなくてもよい。層間ビア７ｂは、第１電界Ｅ１と第２電界Ｅ２が完全に打消し合わなくても、伝送損失の低減効果が得られる程度打消し合えばよい。層間ビア７ｂの高さＨは、０＜Ｈｏ＜λｇを満たせばよく、（λｇ／４）×０．８＜Ｈｏ＜（λｇ／４）×１．２を満たすことが望ましい。また、層間ビア７ｂの幅Ｗは、０＜Ｗｏ＜λｇを満たせばよく、（λｇ／２）×０．８＜Ｗｏ＜（λｇ／２）×１．２を満たすことが望ましい。

【0077】

（ｄ）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

【0078】

（ｅ）上述した高周波伝送線路の他、当該高周波伝送線路を構成要素とするシステム、高周波伝送線路の製造方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。

【符号の説明】

【0079】

２，２ａ〜２ｊ…多層基板、３，３ａ，３ｂ，４…信号線路、５…信号ビア、６…グランドプレーン、７…貫通ビア、７ａ，７ｂ…層間ビア、１０，１０ａ〜１０ｊ…高周波伝送線路、６１…除去領域、６２…層間伝送線路、Ｌ１〜Ｌ６…誘電体層。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】