JP5831096B2 - 電磁結合構造、多層伝送線路板、電磁結合構造の製造方法、及び多層伝送線路板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電磁結合構造、多層伝送線路板、電磁結合構造の製造方法、及び多層伝送線路板の製造方法に関する。

マイクロ波帯やミリ波帯の高周波数帯における伝送線路基板の層間を電気的に接続する方法として、電磁界結合を用いた方式が提案されている。例えば特許文献１には、多層配線板における層間が電磁界結合されたものが記載されている。

特許３３２３０８７号公報

特許文献１の多層配線板では、第１の伝送線路と、第１の誘電体と、スロット孔を有する地導体と、第２の誘電体と、第２の伝送線路とがこの順に積層されて形成されている。第１の伝送線路は、地導体のスロット孔を介して第２の伝送線路と電磁結合される。

ところで、特許文献１では、高周波信号の損失を小さくするために、伝送線路を伝送する高周波信号の周波数ｆ（Ｈｚ）、誘電体の比誘電率ε、スロット孔中心直上から伝送線路端部までの距離ＭＬ（ｍｍ）、スロット孔の長さＳＬ（ｍｍ）、及びスロット孔の幅ＳＷ（ｍｍ）をパラメータとして、所定の４つの不等式の条件をすべて満たす必要がある。このように、従来の電磁結合構造では、所望の伝送特性を得るためには高い寸法精度を必要としていた。

本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、高い寸法精度を必要とせずに低損失な伝送特性を有する電磁結合構造、多層伝送線路板、電磁結合構造の製造方法、及び多層伝送線路板の製造方法を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するため、本発明のマイクロ波帯の周波数帯域で使用される電磁結合構造は、複数のグランド層となる内側導体層の間に内側誘電体層が挟まれて積層された積層体と、積層体を間に挟んで対向する一対の外側誘電体層と、一対の外側誘電体層を間に挟んで対向する一対の外側導体層と、を備える。一対の外側導体層の各々は、配線部と、当該配線部の先端に設けられた導体パッチ部とをそれぞれ含み、導体パッチ部は、配線部の延在方向と直交する方向において、配線部の長さよりも長い部分を有する。積層体には、内側誘電体層及び複数のグランド層となる内側導体層を貫通する孔が設けられており、孔の内壁に形成された管状の金属膜を介して、複数のグランド層となる内側導体層が電気的に接続されることにより、一対の外側導体層が電磁結合されることを特徴とする。

この電磁結合構造では、電磁結合される一対の外側導体層の配線部の先端に、導体パッチ部がそれぞれ設けられている。このように一対の外側導体層の配線部の先端をパッチ形状とすることにより、導体パッチ部と孔とのインピーダンス整合を容易にとることができる。この際、従来のように、伝送信号の周波数と誘電体の比誘電率に応じて、所定の不等式の条件を満たすように、電磁結合部の種々の寸法を厳密に管理する必要がない。つまり、本発明の電磁結合構造では、配線部の延在方向と直交する方向において、配線部の長さよりも長い部分を有する導体パッチ部を用いることにより、製造段階で電磁結合部の種々の寸法にばらつきが生じても、寸法精度の影響を受けにくくなり、優れた伝送特性を維持できる。よって、高い寸法精度を必要とせずに、低損失な伝送特性を有する電磁結合構造を提供できる。

また、本発明のマイクロ波帯の周波数帯域で使用される電磁結合構造では、第一導体層、第一誘電体層、第二導体層、第二誘電体層、第三導体層、第三誘電体層、及び第四導体層がこの順に積層されている。第一導体層及び第四導体層の各々は、配線部と、当該配線部の先端に設けられた導体パッチ部とをそれぞれ含む。導体パッチ部は、配線部の延在方向と直交する方向において、配線部の長さよりも長い部分を有する。第二導体層、第二誘電体層、及び第三導体層を貫通する孔が設けられており、当該孔の内壁に形成された管状の金属膜を介して、第二導体層と第三導体層とが電気的に接続されることにより、第一導体層が第四導体層と電磁結合されることを特徴とする。

この電磁結合構造では、電磁結合される第一導体層及び第四導体層の配線部の先端に、導体パッチ部がそれぞれ設けられている。このように第一導体層及び第四導体層の配線部の先端をパッチ形状とすることにより、導体パッチ部と孔とのインピーダンス整合を容易にとることができる。この際、従来のように、伝送信号の周波数と誘電体の比誘電率に応じて、所定の不等式の条件を満たすように、電磁結合部の種々の寸法を厳密に管理する必要がない。つまり、本発明の電磁結合構造では、配線部の延在方向と直交する方向において、配線部の長さよりも長い部分を有する導体パッチ部を用いることにより、製造段階で電磁結合部の種々の寸法にばらつきが生じても、寸法精度の影響を受けにくくなり、優れた伝送特性を維持できる。よって、高い寸法精度を必要とせずに、低損失な伝送特性を有する電磁結合構造を提供できる。

また、本発明のマイクロ波帯の周波数帯域で使用される多層伝送線路板は、複数のグランド層となる内側導体層の間に内側誘電体層が挟まれて積層された積層体と、積層体を間に挟んで対向する一対の外側誘電体層と、一対の外側誘電体層を間に挟んで対向し、伝送線路をなす一対の外側導体層と、を備える。一対の外側導体層の各々は、配線部と、当該配線部の先端に設けられた導体パッチ部とをそれぞれ含み、導体パッチ部は、配線部の延在方向と直交する方向において、配線部の長さよりも長い部分を有する。積層体には、内側誘電体層及び複数のグランド層となる内側導体層を貫通する孔が設けられており、孔の内壁に形成された管状の金属膜を介して、複数のグランド層となる内側導体層が電気的に接続されることにより、一対の外側導体層が電磁結合されることを特徴とする。

この多層伝送線路板では、電磁結合される一対の外側導体層の配線部の先端に、導体パッチ部がそれぞれ設けられている。このように一対の外側導体層の配線部の先端をパッチ形状とすることにより、導体パッチ部と孔とのインピーダンス整合を容易にとることができる。この際、従来のように、伝送信号の周波数と誘電体の比誘電率に応じて、所定の不等式の条件を満たすように、電磁結合部の種々の寸法を厳密に管理する必要がない。つまり、本発明の多層伝送線路板では、配線部の延在方向と直交する方向において、配線部の長さよりも長い部分を有する導体パッチ部を用いることにより、製造段階で電磁結合部の種々の寸法にばらつきが生じても、寸法精度の影響を受けにくくなり、優れた伝送特性を維持できる。よって、高い寸法精度を必要とせずに、低損失な伝送特性を有する多層伝送線路板を提供できる。

また、本発明のマイクロ波帯の周波数帯域で使用される多層伝送線路板は、第一伝送線路をなす第一導体層、第一誘電体層、第二導体層、第二誘電体層、第三導体層、第三誘電体層、及び第二伝送線路をなす第四導体層がこの順に積層されている。第一導体層及び第四導体層の各々は、配線部と、当該配線部の先端に設けられた導体パッチ部とをそれぞれ含み、導体パッチ部は、配線部の延在方向と直交する方向において、配線部の長さよりも長い部分を有する。第二導体層、第二誘電体層、及び第三導体層を貫通する孔が設けられており、孔の内壁に形成された管状の金属膜を介して、第二導体層と第三導体層とが電気的に接続されることにより、第一導体層が第四導体層と電磁結合されることを特徴とする。

この多層伝送線路板では、電磁結合される第一導体層及び第四導体層の配線部の先端に、導体パッチ部がそれぞれ設けられている。このように第一導体層及び第四導体層の配線部の先端をパッチ形状とすることにより、導体パッチ部と孔とのインピーダンス整合を容易にとることができる。この際、従来のように、伝送信号の周波数と誘電体の比誘電率に応じて、所定の不等式の条件を満たすように、電磁結合部の種々の寸法を厳密に管理する必要がない。つまり、本発明の多層伝送線路板では、配線部の延在方向と直交する方向において、配線部の長さよりも長い部分を有する導体パッチ部を用いることにより、製造段階で電磁結合部の種々の寸法にばらつきが生じても、寸法精度の影響を受けにくくなり、優れた伝送特性を維持できる。よって、高い寸法精度を必要とせずに、低損失な伝送特性を有する多層伝送線路板を提供できる。

また、上述の電磁結合構造において、配線部の延在方向と直交する方向における孔の幅は、使用する周波数に対応する実効波長以下に設定されていることが好ましい。

また、上述の多層伝送線路板において、配線部の延在方向と直交する方向における孔の幅は、使用する周波数に対応する実効波長以下に設定されていることが好ましい。

このように孔の幅を設定することにより、低損失な伝送特性を有する電磁結合構造とすることができる。

また、上述の電磁結合構造あるいは多層伝送線路板において、管状の金属膜が形成された前記孔内に、１０ＧＨｚにおける誘電正接が０〜０．０３００である誘電体が充填されていることが好ましい。

伝送損失は材料の誘電正接に比例して大きくなるので、このように誘電正接が低い誘電体を孔内に充填することにより、伝送損失が抑制される。

また、管状の金属膜が形成された前記孔内に空気を充填させてもよい。この場合も、誘電体を孔内に充填した場合と同様に、伝送損失が抑制される。また、誘電体を充填する工程をより簡略化できるので好ましい。

また、本発明のマイクロ波帯の周波数帯域で使用される電磁結合構造の製造方法は、複数のグランド層となる内側導体層の間に内側誘電体層が配置される積層体を形成する工程と、積層体における内側誘電体層及び複数のグランド層となる内側導体層を貫通する孔を設ける工程と、孔の内壁に管状の金属膜を設ける工程と、積層体を間に挟んで対向する一対の外側誘電体層を形成する工程と、一対の外側誘電体層を間に挟んで対向する一対の外側導体層を形成する工程と、を備える。一対の外側導体層の各々が、配線部と、当該配線部の先端に設けられた導体パッチ部とをそれぞれ含み、なおかつ導体パッチ部が、配線部の延在方向と直交する方向において、配線部の長さよりも長い部分を有するように、一対の外側導体層を形成する。この製造方法によれば、上述の電磁結合構造を効率よく生産することができる。

また、本発明のマイクロ波帯の周波数帯域で使用される多層伝送線路板の製造方法は、複数のグランド層となる内側導体層の間に内側誘電体層が配置される積層体を形成する工程と、積層体における内側誘電体層及び複数のグランド層となる内側導体層を貫通する孔を設ける工程と、孔の内壁に管状の金属膜を設ける工程と、積層体を間に挟んで対向する一対の外側誘電体層を形成する工程と、一対の外側誘電体層を間に挟んで対向する一対の外側導体層を形成する工程と、を備える。一対の外側導体層の各々が、配線部と、当該配線部の先端に設けられた導体パッチ部とをそれぞれ含み、なおかつ導体パッチ部が、配線部の延在方向と直交する方向において、配線部の長さよりも長い部分を有するように、一対の外側導体層を形成する。この製造方法によれば、上述の伝送線路板を効率よく生産することができる。

また、上述の電磁結合構造あるいは多層伝送線路板の製造方法において、管状の金属膜をめっきによって形成することが、さらなる生産効率向上の観点から好ましい。

また、上述の電磁結合構造の製造方法あるいは多層伝送線路板の製造方法において、管状の金属膜が形成された前記孔内に、１０ＧＨｚにおける誘電正接が０〜０．０３００である誘電体が充填する工程を備えることが好ましい。

伝送損失は材料の誘電正接に比例して大きくなるので、このように誘電正接が低い誘電体を孔内に充填することにより、伝送損失が抑制される。

また、管状の金属膜が形成された前記孔内に空気を充填する工程を備えることも好ましい。この場合も、誘電体を孔内に充填した場合と同様に、伝送損失が抑制される。また、誘電体を充填する工程をより簡略化できるので好ましい。

本発明によれば、高い寸法精度を必要とせずに低損失な伝送特性を有する電磁結合構造、多層伝送線路板、電磁結合構造の製造方法、及び多層伝送線路板の製造方法を提供することができる。

図１は、本実施形態に係る電磁結合構造を有する多層伝送線路板を示す分解斜視図である。 図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 図３（ａ）〜図３（ｄ）は、導体パッチ部と孔との関係を示す上面図である。 図４（ａ）〜図４（ｃ）は、本実施形態に係る電磁結合構造を有する多層伝送線路板の製造方法の一例を示す図である。 図５（ａ）〜図５（ｃ）は、本実施形態に係る電磁結合構造を有する多層伝送線路板の製造方法の一例を示す図である。 図６（ａ）〜図６（ｄ）は、導体パッチ部と孔との距離の関係の変形例を示す上面図である。 図７は、本実施形態に係る電磁結合構造を有する多層伝送線路板の変形例を示す断面図である。 図８（ａ）は、実施例に係る電磁結合構造を有する多層伝送線路板における高周波特性を測定するための構造を示す断面図である。図８（ｂ）は、実施例に係る電磁結合構造を有する多層伝送線路板における高周波特性を測定するための構造を示す上面図である。 図９は、比較例に係る電磁結合構造を有する多層伝送線路板を示す分解斜視図である。 図１０は、図９のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 図１１は、比較例に係る電磁結合構造を有する多層伝送線路板における高周波特性を測定するための構造を示す断面図である。 図１２は、実施例１及び比較例１の高周波特性の測定結果を示すグラフである。 図１３は、実施例１及び比較例１の高周波特性の測定結果を示すグラフである。 図１４は、実施例１、２及び比較例１、２の高周波特性の測定結果を示すグラフである。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る電磁結合構造を有する多層伝送線路板の好適な実施形態について詳細に説明する。図中には、ＸＹＺ直交座標軸系Ｃが示されている。

本実施形態に係る電磁結合構造を有する多層伝送線路板は、マイクロ波帯の高周波数帯域で使用されるものである。ここでいうマイクロ波帯の周波数帯域とは、具体的に１０ＧＨｚ〜１００ＧＨｚの周波数帯域である。

図１は、本実施形態に係る電磁結合構造を有する多層伝送線路板１を示す分解斜視図である。図２に、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図を示す。多層伝送線路板１では、第一導体層１１、第一誘電体層２１、第二導体層１２、第二誘電体層２３、第三導体層１５、第三誘電体層２５、及び第四導体層１６がこの順に積層されている。ここで、第二誘電体層２３は内側誘電体層に相当し、第二導体層１２及び第三導体層１５は複数のグランド層となる内側導体層に相当し、第一誘電体層２１及び第三誘電体層２５は一対の外側誘電体層に相当し、第一導体層１１及び第四導体層１６は一対の外側導体層に相当する。

第一導体層１１は、第一伝送線路をなす部分である。同様に、第四導体層１６は、第二伝送線路をなす部分である。これら第一伝送線路と第二伝送線路は、電磁界的に接続されるべき高周波伝送線路である。第一伝送線路をなす第一導体層１１は第一誘電体層２１の面内方向に延在しており、第二伝送線路をなす第四導体層１６は第三誘電体層２５の面内方向に延在している。

電磁結合される一対の外側導体層１１、１６の先端は、パッチ形状をなしている。より具体的に第一導体層１１は、配線部１１Ｗと、当該配線部１１Ｗの先端に設けられた導体パッチ部１１Ｐとを含む。同様に、第四導体層１６は、配線部１６Ｗと、当該配線部１６Ｗの先端に設けられた導体パッチ部１６Ｐとを含む。

配線部１１Ｗ及び配線部１６Ｗは、長方形状をなし、Ｙ方向を長軸として延在している。導体パッチ部１１Ｐ及び導体パッチ部１６Ｐは、長方形状をなし、Ｘ方向を長軸として延在している。つまり、第一導体層１１において、導体パッチ部１１Ｐは、配線部１１Ｗが延在する方向（図１に示す例ではＹ方向）に対して直交する方向（図１に示す例ではＸ方向）に延在している。同様に、第四導体層１６において、導体パッチ部１６Ｐは、配線部１６Ｗが延在する方向（図１に示す例ではＹ方向）に対して直交する方向（図１に示す例ではＸ方向）に延在している。

導体パッチ部１１Ｐ、１６Ｐは、配線部１１Ｗ、１６Ｗの延在方向（図１の例ではＹ方向）に対して直交する方向（図１の例ではＸ方向）において、配線部１１Ｗ、１６Ｗの長さよりも長い部分を有する。つまり、導体パッチ部１１Ｐ、１６Ｐは、配線部１１Ｗ、１６Ｗの先端に、つぎあて部として形成されている。ただし、後述のように、導体パッチ部１１Ｐ、１６Ｐは、配線部１１Ｗ、１６Ｗと同時にパターン形成されるものである。すなわち、導体パッチ部１１Ｐ、１６Ｐは、配線部１１Ｗ、１６Ｗと同一材料からなり、配線部１１Ｗ、１６Ｗと共通の主面を有する。

なお、これら導体パッチ部１１Ｐ、１６Ｐや配線部１１Ｗ、１６Ｗの延在方向（図１に示すＹ方向及びＸ方向）は、第一導体層１１、第一誘電体層２１、第二導体層１２、第二誘電体層２３、第三導体層１５、第三誘電体層２５、及び第四導体層１６の積層方向（図１や図２に示すＺ方向）と直交している。

第二導体層１２及び第三導体層１５は、グランド層をなす地導体である。

第一誘電体層２１、第二誘電体層２３、及び第三誘電体層２５は、第一導体層１１、第二導体層１２、第三導体層１５、及び第四導体層１６を互いに電気的に絶縁するための部分である。第一誘電体層２１、第二誘電体層２３、及び第三誘電体層２５は、例えばセラミック、テフロン（登録商標）、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンエーテルの変性物、液晶ポリマなどの絶縁材料である。なお、第一誘電体層２１及び第三誘電体層２５として、ガラス繊維を含んでいてもよい。第二誘電体層２３は、低損失材料を用いると伝送線路板全体として低損失になるので好ましいが、電磁結合構造の損失には影響しないので、コストを考慮してＦＲ−４レベルの通常のエポキシ基板等を用いてもよい。なお、第二誘電体層２３として、ガラス繊維を含んでいてもよい。

多層伝送線路板１には、第二導体層１２、第二誘電体層２３、及び第三導体層１５を貫通する孔Ｓが設けられている。図１及び図２の例では、貫通穴である孔Ｓは、一方の導体パッチ部１１Ｐと他方の導体パッチ部１６Ｐとが対向する領域に設けられている。孔Ｓの内壁には、管状の金属膜３が形成されている。金属膜３は、例えば無電解めっきなどで形成されためっき膜である。金属膜３は、孔Ｓの内壁の全面に亘って形成されている。第二導体層１２及び第三導体層１５は、金属膜３を介して電気的に接続されるので、第一伝送線路をなす第一導体層１１と第二伝送線路をなす第四導体層１６とが電磁結合される。

金属膜３が形成された孔Ｓ内には、誘電正接の低い誘電体４が充填されている。本実施形態では、１０ＧＨｚにおける誘電正接が０〜０．０３００である誘電体４が孔Ｓ内に充填されている。伝送損失は材料の誘電正接に比例して大きくなるので、孔Ｓ内が低誘電正接の誘電体で充填されていることにより伝送損失を抑制できる。また、孔Ｓ内に充填する誘電体４は空気であってもよい。この場合も伝送損失の抑制が可能である。また、誘電体４を充填する工程をより簡略化できるので好ましい。

図１に示す例では、ＸＹ平面に平行となるように切った孔Ｓの断面は、Ｘ方向に延びる帯状部分の両端のそれぞれにおいて、この帯状部分の外側に向かって半円部分が突出するようにして設けられた形状をなしている。

図３（ａ）は、導体パッチ部１１Ｐ、１６Ｐと孔Ｓとの関係を示す上面図である。図３（ａ）に示すように、本実施形態では、導体パッチ部１１Ｐ、１６Ｐは、積層方向から見て孔Ｓの領域と重なっている。ここで、導体パッチ部１１Ｐ、１６Ｐにおける長軸方向の長さＬ２及び短軸方向の長さＬ３は共に、多層伝送線路板１で使用される周波数帯域の周波数に対応する実効波長λ以下であるのが好適であり、λ／２以下であるのがより好適であり、λ／４以下であるのがさらに好適である。なお、かかるλは、例えば１．５ｍｍ〜３０ｍｍである。

かかる長さをλ以下とすることにより、孔Ｓと導体パッチ部１１Ｐ、１６Ｐとの強い電磁結合が得られるので、伝送損失を抑制できる。導体パッチ部１１Ｐ、１６Ｐの寸法が大き過ぎると導体パッチ部１１Ｐ、１６Ｐからの放射が発生するため、損失が増大する可能性がある。また、かかる長さをλ／２以下とすることにより、パターン面積を縮小できるので、効率的なパターン配置を図ることができる。より好ましくは、λ／１６以上λ／２以下である。さらに、かかる長さをλ／４以下とすることにより、孔Ｓと導体パッチ部１１Ｐ、１６Ｐとのより強い電磁結合が得られ、低損失な信号伝送に最も適した形態となる。ただし、かかる長さがλ／１６未満になると、多層伝送線路板１の基板製造時の寸法精度（例えばパターニングにおけるエッチングの精度など）の影響が大きくなる傾向にある。

配線部１１Ｗ、１６Ｗの延在方向と直交する方向における孔Ｓの幅Ｌ４は、多層伝送線路板１で使用される周波数帯域の周波数に対応する実効波長λ以下となるように設定されている。このように孔Ｓの幅Ｌ４を設定することにより、低損失な伝送特性を有する電磁結合構造とすることができる。なお、配線部１１Ｗ、１６Ｗの延在方向における孔の幅Ｌ５は、配線部１１Ｗ、１６Ｗの延在方向と直交する方向における孔Ｓの幅Ｌ４よりも短い。

以下に、図４及び図５を用いて、多層伝送線路板１の製造方法の一例を示す。まず、図４（ａ）に示すように、誘電体層２３ａの両面に銅箔などの導体層１２ａ、１５ａが形成された積層体を準備する。次いで、図４（ｂ）に示すように、この積層体にドリルなどで穴開けをすることにより、孔Ｓを有し、導体層１２ａ、１５ａを両面に備える誘電体層２３を形成する。続いて、孔Ｓの内壁に金属膜３を形成する。例えば図４（ｃ）に示すように、孔Ｓが形成された積層体に例えば無電解めっき処理を行うことにより、孔Ｓの内壁に金属膜３が形成されるとともに、図４（ｂ）に示す導体層１２ａ、１５ａよりも厚い導体層１２、１５が誘電体層２３の両面に形成される。これにより、図４（ｃ）に示すように、誘電体層２３を間に挟んで対向する一対の導体層１２、１５を貫通する孔Ｓの内壁に金属膜３が形成された積層体３０が得られる。なお、金属膜３の厚みは５μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以上５０μｍ以下であることがより好ましい。金属膜３の厚みが５μｍ未満であると、金属膜３を均一に形成できなくなる恐れがある。

次いで、金属膜３が形成された孔Ｓ内に誘電体４を充填する。図５（ａ）に示すように、誘電体４の表面を研磨して平坦化する。次いで、図５（ｂ）に示すように、一対の誘電体層２１、２５を、積層体３０を間に挟んで対向させ、さらに一対の導体層１１ａ、１６ａを、誘電体層２１、２５を間に挟んで対向させた上で、これらを加熱圧着させる。これにより、導体層１１ａ、誘電体層２１、導体層１２、誘電体層２３、導体層１５、誘電体層２５、及び導体層１６ａがこの順に積層された構造体とすることができる。最後に、一対の導体層１１ａ、１６ａを例えばエッチングでパターニングすることにより、配線部１１Ｗ、１６Ｗと、当該配線部１１Ｗ、１６Ｗの先端に設けられた導体パッチ部１１Ｐ、１６Ｐと、をそれぞれ含む一対の外側導体層１１、１６を形成する。この際、図５（ｃ）に示すように、孔Ｓを間に挟んで対向する位置に、導体パッチ部１１Ｐ、１６Ｐを配置する。以上のようにして、図１及び図２に示した電磁結合構造を有する多層伝送線路板１が得られる。

以上のような電磁結合構造を有する多層伝送線路板１では伝送損失を小さくすることができる。なぜならば、図２に示すように、多層伝送線路板１では、一対の導体パッチ部１１Ｐ、１６Ｐを有し、伝送線路をなす第一導体層１１及び第四導体層１６の上の電磁界モードが、グランド層をなす第二導体層１２及び第三導体層１５と、これら第二導体層１２及び第三導体層１５を電気的に接続する金属膜３との積層体を間に挟んで、「鏡像」の関係にある。つまり、この積層体は、伝送線路の鏡像現象の中心位置である多層伝送線路板１の積層方向の中央に配置されている。この構成により、電磁界が安定し、強いモード結合を得られるので、伝送損失が抑制される。

また、上述の電磁結合構造を有する多層伝送線路板１では、電磁結合される一対の外側導体層（すなわち第一導体層１１及び第四導体層１６）の配線部１１Ｗ、１６Ｗの先端に、導体パッチ部１１Ｐ、１６Ｐがそれぞれ設けられている。このように一対の外側導体層１１、１６の配線部１１Ｗ、１６Ｗの先端をパッチ形状とすることにより、導体パッチ部１１Ｐ、１６Ｐと孔Ｓとのインピーダンス整合を容易にとることができる。この際、従来のように、伝送信号の周波数と誘電体の比誘電率に応じて、所定の不等式の条件を満たすように、電磁結合部の種々の寸法を厳密に管理する必要がない。つまり、本実施形態にかかる電磁結合構造を有する多層伝送線路板１では、配線部１１Ｗ、１６Ｗの延在方向と直交する方向において、配線部１１Ｗ、１６Ｗの長さよりも長い部分を有する導体パッチ部１１Ｐ、１６Ｐを用いることにより、製造段階で電磁結合部の種々の寸法にばらつきが生じても、寸法精度の影響を受けにくくなり、優れた伝送特性を維持できる。よって、高い寸法精度を必要とせずに、低損失な伝送特性を有する多層伝送線路板１を提供できる。

以上、本実施形態における電磁結合構造を有する多層伝送線路板１を説明したが、本発明はこれらに限定されない。例えば、導体パッチ部１１Ｐ、１６Ｐの長軸方向の長さＬ２に対する短軸方向の長さＬ３の比率は、上記の寸法の範囲内であれば適宜変更できる。また、導体パッチ部１１Ｐ、１６Ｐの形状は、長方形状に限られることなく、例えば、図３（ｂ）に示すように正方形、図３（ｃ）に示すように円形、図３（ｄ）に示すように星形でも良い。ここで、星形とは、多角形の各辺を延長し、得られた交点を結んだ図形から、多角形を取り除いた形を言う。

また、孔Ｓの断面形状は、上述したような帯状部分と半円部分とからなる形状をなしていることが好ましいが、この形状に限られず、例えば円形、矩形などでもよい。また、金属膜３が形成された孔Ｓ内は、誘電体材料で充填される必要はなく、例えば空気層とすることができる。空気は、誘電率、誘電正接ともに低いので、多層伝送線路板１の伝送損失が抑制される。

また、上記実施形態では、導体パッチ部１１Ｐ、１６Ｐが、積層方向から見て孔Ｓの領域と重なっている例を示したが、導体パッチ部１１Ｐ、１６Ｐと孔Ｓは、ある程度の距離を隔てていても電磁的に結合するため信号の伝送が可能である。ただし、多層伝送線路板１で使用される周波数帯域の周波数に対応する実効波長をλとする場合、導体パッチ部１１Ｐ、１６Ｐと孔Ｓとの最短距離は、λ／２以下であるのが好適である。より具体的には、図６（ａ）に示すように、導体パッチ部１１Ｐ、１６Ｐにおける配線部１１Ｗ、１６Ｗ側の端部Ｑ１と、孔Ｓにおける導体パッチ部１１Ｐ、１６Ｐ側の端部Ｒ１との最短距離Ｌ６が、λ／２以下であるのが好適である。あるいは、図６（ｂ）に示すように、導体パッチ部１１Ｐ、１６Ｐにおける配線部１１Ｗ、１６Ｗ側とは反対側の端部Ｑ２と、孔Ｓにおける導体パッチ部１１Ｐ、１６Ｐ側の端部Ｒ２との最短距離Ｌ７が、λ／２以下であるのが好適である。このように、導体パッチ部１１Ｐ、１６Ｐと孔Ｓとの最短距離がλ／２以下であると、信号の伝送を好適に行うことができる。

導体パッチ部１１Ｐ、１６Ｐと孔Ｓとの最短距離が小さいほど電磁結合が強くなるので、導体パッチ部１１Ｐ、１６Ｐと孔Ｓとの最短距離は、λ／４以下であるのがより好適である。さらに、図６（ｃ）や図６（ｄ）に示すように、導体パッチ部１１Ｐ、１６Ｐが、積層方向から見て孔Ｓの少なくとも一部に重なることがさらにより好適である。このような配置にすることにより、効率的なパターン配置を図ることができる。なお、導体パッチ部１１Ｐ、１６Ｐの形状が図６に示したもの以外であっても、同様である。例えば、図３（ｄ）に示す星形の場合には、導体パッチ部１１Ｐ、１６Ｐと孔Ｓとの最短距離は、突起の先端と孔Ｓとの最短距離とする。

また、上記では、複数のグランド層となる内側導体層の間に内側誘電体層が挟まれて積層された積層体の例を示したが、積層体の形態はこれに限定されない。例えば、このような積層体中において、内側誘電体層以外にグランド層とならない導体層があってもよい。この場合には、例えば、グランド層となる内側導体層の間において、グランド層とならない導体層及び内側誘電体層が挟まれる構造となる。

また、上記電磁結合構造を実現するための具体的な構造としては、第二誘電体層２３の厚みは０．０２ｍｍ以上４ｍｍ以下であることが好ましく、０．０２ｍｍ以上２ｍｍ以下であることがより好ましい。第二導体層１２の第一誘電体層２１側の表面及び第三導体層１５の第三誘電体層２５側の表面は、表皮効果を考慮して表面粗さが小さい方が好ましく、表面粗さ（十点平均粗さ；Ｒｚ）が０．１μｍ以上９μｍ以下であることが好ましく、０．１μｍ以上６μｍ以下であることがより好ましく、０．１μｍ以上３μｍ未満であることがさらに好ましい。第二導体層１２及び第三導体層１５の厚みは、５μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましく、１２μｍ以上５０μｍ以下であることがより好ましい。

このような構造を得るための材料としては、一般的な多層配線板材料であれば特に問題はなく、セラミック系や有機系の配線板材料を用いることができる。安価な多層伝送線路板１を得るために、高周波信号を流さない配線層には、汎用的な多層配線板材料を用いることができる。よって、第二導体層１２、第二誘電体層２３、及び第三導体層１５として、例えば、両面銅張り積層板であるＭＣＬ−Ｅ−６７９（日立化成工業株式会社製、商品名）を適用できる。また、高周波信号を流す伝送線路の伝送損失を抑制するためには、低誘電率かつ低誘電正接の配線板材料が好ましい。第一誘電体層２１や第三誘電体層２５の厚みは、０．０２ｍｍ以上０．８ｍｍ以下であることが好ましく、０．０７ｍｍ以上０．２ｍｍ以下であることがより好ましい。例えば、第一誘電体層２１や第三誘電体層２５として、低誘電正接高耐熱多層材料である両面銅張り積層板ＭＣＬ−ＦＸ−２（日立化成工業株式会社製、商品名）やプリプレグＧＦＡ−２（日立化成工業株式会社製、商品名）が適用できる。

また、第一伝送線路をなす導体層１１や第二伝送線路をなす導体層１６を作製する際に用いられる銅箔に関しては、第一導体層１１の第一誘電体層２１側の表面及び第四導体層１６の第三誘電体層２５側の表面は、表皮効果を考慮して表面粗さが小さい方が好ましく、表面粗さ（Ｒｚ）が０．１μｍ以上９μｍ以下であることが好ましく、０．１μｍ以上６μｍ以下であることがより好ましく、０．１μｍ以上３μｍ未満であることがさらに好ましい。また、第一導体層１１及び第四導体層１６の厚みは、５μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましく、１２μｍ以上５０μｍ以下であることがより好ましい。このような材料として、例えば３ＥＣ−ＶＬＰ−１８（三井金属鉱業株式会社製、商品名）などがある。

また、上記では導体層が第一導体層１１、第二導体層１２、第三導体層１５、第四導体層１６の計４層である例を示したが、導体層は４層以上とすることができる。例えば、図７に示すように導体層を６層とすることができる。図７に示す多層伝送線路板２が図２に示した多層伝送線路板１と異なるのは、第二導体層１２と第三導体層１５との間に、更に第五導体層１３と第六導体層１４を備え、これら第二導体層１２、第五導体層１３、第六導体層１４、及び第三導体層１５の間を絶縁するための誘電体層３１，３２，３３が設けられている点である。

ここで、第五導体層１３と第六導体層１４は、内層の信号線をなす部分である。図７に示すように、第五導体層１３と第六導体層１４は、孔Ｓの内壁に形成された金属膜３とは誘電体層３１、３２、３３によって絶縁されている。このように、多層伝送線路板２は、複数の誘電体層３１、３２、３３及び複数の導体層１２、１３、１４、１５が交互に積層された積層体と、当該積層体を間に挟んで対向する一対の誘電体層２１、２５と、この一対の誘電体層２１、２５を間に挟んで対向する一対の導体層１１、１６と、を備えている。そして、この多層伝送線路板２は、複数の誘電体層３１、３２、３３及び複数の導体層１２、１３、１４、１５を貫通する孔Ｓの内壁に形成された金属膜３を介して、一対の導体パッチ及び伝送線路をなす導体層１１、１６間が電磁結合している電磁結合構造を有する。従って、上記と同様に、層数が変わっても第一導体層１１及び第四導体層１６の先端がパッチ形状をなしている。すなわち、第一導体層１１及び第四導体層１６が、配線部１１Ｗ、１６Ｗの延在方向と直交する方向において、配線部１１Ｗ、１６Ｗの長さよりも長い部分を有する導体パッチ部１１Ｐ、１６Ｐをそれぞれ有しているので、上述と同様に、寸法ばらつきの影響を受けにくくなり、電磁結合部における寸法精度を高くすることなく、低損失で安定な伝送特性を有する多層伝送線路板２を提供できる。

以下、実施例について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。実施例では、周波数帯が６０〜８０ＧＨｚである場合における電磁結合構造の伝送損失の測定を行った。ここで、上記で説明した電磁結合構造は多層伝送線路板の表面と裏面に配線（すなわち導体層１１，１６）が分かれているために、そのままではウェハプローバ等を使って高周波測定をすることが困難である。そのため、以下の実施例では、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すような２個の孔Ｓ１、Ｓ２を有する多層伝送線路板１Ａを代わりに用いて、２個の孔Ｓ１、Ｓ２を直列に接続することでプロービングによる測定を可能にした。

［実施例１］
まず、誘電体層の両面に銅箔が形成された積層板（日立化成工業株式会社製、商品名ＭＣＬ−Ｅ−６７９）を準備した。この積層板の厚さは０．５ｍｍであり、銅箔の厚さは１８μｍであった。次いで、この積層体に直径０．２５ｍｍのドリルを用いて直径０．２５ｍｍ、幅１．４５ｍｍの穴明けをして２つの孔Ｓ１、Ｓ２を形成した。この２つの孔Ｓ１、Ｓ２の内壁に銅メッキを施した後、各孔Ｓ１、Ｓ２内に誘電体４である穴埋め樹脂（太陽インキ製造株式会社製、商品名ＤＸ−１、１０ＧＨｚにおける誘電正接０．０３）を印刷し、表面を研磨して内層回路板を作製した。

次に、厚さ１８μｍの銅箔（三井金属鉱業株式会社製、商品名３ＥＣ−ＶＬＰ−１８）、プリプレグ（日立化成工業株式会社製、商品名ＧＦＡ−２）、上記内層回路板、プリプレグ（日立化成工業株式会社製、商品名ＧＦＡ−２）、厚さ１８μｍの銅箔（三井金属鉱業株式会社製、商品名３ＥＣ−ＶＬＰ−１８）の順にこれらを重ねて、温度１８０℃、圧力３ＭＰａ、時間８０分の条件で積層一体化した多層伝送線路板を作製した。

最後に、この多層伝送線路板に対し、分割投影露光によりエッチングレジストを形成し、上下の銅箔をエッチングでパターニングすることにより、内層回路板で形成した一方の孔Ｓ１に対応する位置に、長方形状の導体パッチ部１６Ｐ（Ｘ方向の長さ：長径６００μｍ、Ｙ方向の長さ：短径２５０μｍ）と、配線部１６Ｗ（Ｘ方向の長さ：２２０μｍ）とを有する伝送線路１６Ａ、及び長方形状の導体パッチ部１１Ｐ（Ｘ方向の長さ：長径６００μｍ、Ｙ方向の長さ：短径２５０μｍ）と、配線部１１Ｗ（Ｘ方向の長さ：２２０μｍ）とを有する伝送線路１１Ａを対向配置した。同様に、もう一方の孔Ｓ２に対応する位置に、長方形状の導体パッチ部１６Ｐ（Ｘ方向の長さ：長径６００μｍ、Ｙ方向の長さ：短径２５０μｍ）と、配線部１６Ｗ（Ｘ方向の長さ：２２０μｍ）とを有する伝送線路１６Ｂ、及び長方形状の導体パッチ部１１Ｐ（Ｘ方向の長さ：長径６００μｍ、Ｙ方向の長さ：短径２５０μｍ）と、配線部１１Ｗ（Ｘ方向の長さ：２２０μｍ）とを有する伝送線路１１Ａを対向配置した。これらの伝送線路１６Ａ、１６Ｂ、１１Ａは、特性インピーダンスを５０Ωとしたマイクロストリップラインである。以上のようにして、図８（ａ）や図８（ｂ）に示すような、２個の孔Ｓ１、Ｓ２を有する電磁結合構造１００を有する多層伝送線路板１Ａを作製した。

補足すると、多層伝送線路板１Ａでは、伝送線路である第一導体層１１Ａと、第一誘電体層２１と、第二導体層１２と、第二誘電体層２３と、第三導体層１５と、第三誘電体層２５と、２つの伝送線路である第四導体層１６Ａ、１６Ｂとをこの順に積層した。当該第一導体層１１Ａとしては、配線部１１Ｗと、配線部１１Ｗの両端にそれぞれ設けられた導体パッチ部１１Ｐ、１１Ｐとを有する伝送線路を形成した。また、第四導体層１６Ａ、１６Ｂとしては、配線部１６Ｗと、配線部１６Ｗの先端に設けられた導体パッチ部１６Ｐとをそれぞれ有する伝送線路を形成した。かかる多層伝送線路板１Ａは、２個の孔Ｓ１、Ｓ２の各々において内壁に形成された金属膜３を介して、第二導体層１２と第三導体層１５とが電気的に接続されることにより、伝送線路１１Ａと伝送線路１６Ａとが電磁結合されるとともに、伝送線路１１Ａと伝送線路１６Ｂとが電磁結合される電磁結合構造１００を有する。

このようにして数パネル作製した電磁結合構造１００を有する多層伝送線路板１Ａにおいて、光学顕微鏡で仕上がり寸法を測定した。その結果、孔Ｓ１から伝送線路１６Ａの開放端１６Ｊまでの距離Ｌ８と、孔Ｓ１から伝送線路１１Ａの一方の開放端１１Ｊまでの距離Ｌ８と、孔Ｓ２から伝送線路１６Ｂの開放端１６Ｋまでの距離Ｌ９と、孔Ｓ２から伝送線路１１Ａの他方の開放端１１Ｋまでの距離Ｌ９とは、それぞれ設計値に対して±２０μｍの範囲であった。

［実施例２］
最後の工程において、上下の銅箔にエッチングレジストを形成する際に一括平行露光を用いる以外は実施例１と同様にして多層伝送線路板１Ａを作製した。

このようにして数パネル作製した電磁結合構造１００を有する多層伝送線路板１Ａにおいて、光学顕微鏡で位置ずれ量を測定した。その結果、孔Ｓ１のＸ方向における中心から伝送線路１６ＡのＸ方向における中心までの距離、孔Ｓ１のＸ方向における中心から伝送線路１１ＡのＸ方向における中心までの距離、孔Ｓ２のＸ方向における中心から伝送線路１６ＢのＸ方向における中心までの距離、及び、孔Ｓ２のＸ方向における中心から伝送線路１１ＡのＸ方向における中心までの距離は、それぞれ設計値に対して最大−１００μｍ、＋１００μｍ、−１００μｍ、＋１００μｍであった。

［比較例１］
比較例では、図９及び図１０に示すような、第二導体層１２のみを貫通するスロット孔Ｓ３と、第三導体層１５のみを貫通するスロット孔Ｓ４とを有する多層伝送線路板１０を作製した。ここでスロット孔とは、導体層のみに設けられた孔のことである。よって、比較例の多層伝送線路板１０では、実施例のように第二誘電体層２３を貫通する孔は、設けられていない。

ただし、多層伝送線路板１０の表面と裏面に配線（すなわち導体層１１１、１６１）が分かれているために、上述したように、そのままではウェハプローバ等を使って高周波測定をすることが困難である。このため実際は図１１に示すような、表面に２つの配線（すなわち導体層１６１Ａ、１６１Ｂ）を有し、裏面に１つの配線（すなわち導体層１１１Ａ）を有し、さらに４つのスロット孔Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４を有する多層伝送線路板１０Ａを作製した。以下に、その作製方法を説明する。

まず、板厚０．５ｍｍ及び銅箔厚さ１８μｍの両面銅張り積層板（日立化成工業株式会社製、商品名ＭＣＬ−Ｅ−６７９）を準備した。銅箔をエッチングによりパターニングすることにより、長径１．９ｍｍ×短径０．４ｍｍの４つのスロット孔Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４を有する内層回路板を作製した。スロット孔Ｓ１１及びスロット孔Ｓ１３は、導体層１２となる銅箔のみを貫通するように形成し、スロット孔Ｓ１２及びスロット孔Ｓ１４は、導体層１５となる銅箔のみを貫通するように形成した。また、スロット孔Ｓ１１とスロット孔Ｓ１２とが積層方向において対向するように配置し、スロット孔Ｓ１３とスロット孔Ｓ１４とが積層方向において対向するように配置した。

次に、厚さ１８μｍの銅箔（三井金属鉱業株式会社製、商品名３ＥＣ−ＶＬＰ−１８）、プリプレグ（日立化成工業株式会社製、商品名ＧＦＡ−２）、上記内層回路板、プリプレグ（日立化成工業株式会社製、商品名ＧＦＡ−２）、厚さ１８μｍの銅箔（三井金属鉱業株式会社製、商品名３ＥＣ−ＶＬＰ−１８）の順にこれらを重ね、温度１８０℃、圧力３ＭＰａ、時間８０分の条件で積層一体化した多層伝送線路板を作製した。

最後に、分割投影露光によりエッチングレジストを形成し、上下の銅箔をエッチングでパターニングすることにより、幅２２０μｍの伝送線路１６１Ａの開放端１６１Ｊ及び幅２２０μｍの伝送線路１１１Ａの一方の開放端１１１Ｊと、内層回路板で形成したスロット孔Ｓ１１、Ｓ１２との距離Ｌ１０が、それぞれ７００μｍとなるように、伝送線路１６１Ａの開放端１６１Ｊと、伝送線路１１１Ａの開放端１１１Ｊとを対向して配置した。同様に、幅２２０μｍの伝送線路１６１Ｂの他方の開放端１６１Ｋ及び幅２２０μｍの伝送線路１１１Ａの開放端１１１Ｋと、内層回路板で形成したスロット孔Ｓ１３、Ｓ１４との距離Ｌ１１が、それぞれ７００μｍとなるように、伝送線路１６１Ｂの開放端１６１Ｋと、伝送線路１１１Ａの開放端１１１Ｋとを対向して配置した。

なお、伝送線路１６１Ａ、１６１Ｂ、１１１Ａは、特性インピーダンスを５０Ωとしたマイクロストリップラインである。以上のようにして、図１１に示すような４個のスロット孔Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４を有する電磁結合構造１０００を有する多層伝送線路板１０Ａを作製した。補足すると、多層伝送線路板１０Ａは、伝送線路１１１Ａ、第一誘電体層２１、第二導体層１２、第二誘電体層２３、第三導体層１５、第三誘電体層２５、及び２つの伝送線路１６１Ａ，１６１Ｂがこの順に積層され、スロット孔Ｓ１１及びスロット孔Ｓ１２を介して、伝送線路１１１Ａと伝送線路１６１Ａとが電磁結合されるとともに、スロット孔Ｓ１３及びスロット孔Ｓ１４を介して、伝送線路１１１Ａと伝送線路１６１Ｂとが電磁結合される電磁結合構造１０００を有する。この多層伝送線路板１０Ａでは、伝送線路１６１Ａ、１６１Ｂ、１１１Ａには、導体パッチ部を設けなかった。

このようにして数パネル作製した電磁結合構造１０００を有する多層伝送線路板１０Ａにおいて、光学顕微鏡で仕上がり寸法を測定した。その結果、上記距離Ｌ１０及び距離Ｌ１１は、それぞれ設計値に対して±２０μｍの範囲であった。

［比較例２］
最後の工程において、上下の銅箔にエッチングレジストを形成する際に一括平行露光を用いる以外は比較例１と同様にして多層伝送線路板１０Ａを作製した。

このようにして数パネル作製した電磁結合構造１０００を有する多層伝送線路板１０Ａにおいて、光学顕微鏡で位置ずれ量を測定した。その結果、孔Ｓ１１、孔Ｓ１２のＸ方向における中心から伝送線路１６１ＡのＸ方向における中心までの距離、孔Ｓ１１、孔Ｓ１２のＸ方向における中心から伝送線路１１１ＡのＸ方向における中心までの距離、孔Ｓ１３、孔Ｓ１４のＸ方向における中心から伝送線路１６１ＢのＸ方向における中心までの距離、及び、孔Ｓ１３、孔Ｓ１４のＸ方向における中心から伝送線路１１１ＡのＸ方向における中心までの距離は、それぞれ設計値に対して最大−１００μｍ、＋１００μｍ、−１００μｍ、＋１００μｍであった。

［測定結果］
以上のように実施例で作製した電磁結合構造１００及び比較例で作製した電磁結合構造１０００に対して、伝送線路１６Ａ、１６１Ａと伝送線路１６Ｂ、１６１Ｂに、高周波プローブ（カスケードマイクロテック社製、商品名ＡＣＰ−Ｌ−ＧＳＧ１５０）を接触させ、同軸ケーブル（アジレントテクノロジー社製、商品名Ｅ７３４２）を介して接続されたネットワークアナライザ（アジレントテクノロジー社製、商品名ＨＰ８５１０Ｃ）から電力を供給すると共に、伝送線路１６Ａ、１６１Ａと伝送線路１６Ｂ、１６１Ｂの端面に電力が通過する際の伝送損失を測定した。

図１２〜図１４は、実施例１、２及び比較例１、２の高周波特性の測定結果を示すグラフである。これらのグラフに示す特性は全て孔あるいはスロット孔を介した電磁結合が２個分の特性である。従って、孔あるいはスロット孔を介した電磁結合が１個分の伝送損失は、これらのグラフの伝送損失の概ね半分の特性となる。なお、測定結果のグラフには、測定したマイクロストリップラインの伝送損失も併せて示した。これにより、孔あるいはスロット孔を介した電磁結合部の伝送損失が算出できるようにした。以下、その算出方法とともに具体的に説明する。

図１２において、Ｇ１はマイクロストリップラインの伝送損失を示す。Ｇ２は、実施例１におけるマイクロストリップラインの孔を介した電磁結合が２個分の電磁結合構造１００の伝送損失を示す。Ｇ３は、比較例１におけるマイクロストリップラインのスロット孔を介した電磁結合が２個分の電磁結合構造１０００の伝送損失を示す。また、図１３において、Ｇ４、Ｇ５は実施例１における電磁結合構造１００の伝送損失のばらつきを示す。Ｇ６、Ｇ７は比較例１における電磁結合構造１０００の伝送損失のばらつきを示す。図１４において、Ｇ８は実施例２における電磁結合構造１００の伝送損失のばらつきを示す。Ｇ９は比較例２における電磁結合構造１０００の伝送損失のばらつきを示す。

表１に、実施例１における電磁結合構造１００、及び比較例１における電磁結合構造１０００の７５ＧＨｚ時の特性をまとめて示す。

図１２のＧ２あるいは表１に示すように、７５ＧＨｚ時では、実施例の電磁結合構造１００において、上記距離Ｌ８及び距離Ｌ９が、それぞれ設計値通りの場合、測定した基板の伝送損失は−３．６２ｄＢであった。この値から図１２のＧ１、あるいは表１に示すマイクロストリップラインの伝送損失−１．９２ｄＢを引くと、−１．７０ｄＢとなる。この−１．７０ｄＢという値は、マイクロストリップラインの孔を介した電磁結合が２個分の電磁結合構造１００の伝送損失であるので、この半分の値である−０．８５ｄＢが１個分の伝送損失となる。

同様に図１３のＧ４，Ｇ５、あるいは表１に示すように、実施例の電磁結合構造１００において上記距離Ｌ８及び距離Ｌ９が、それぞれ設計値に対して−２０μｍあるいは＋２０μｍであった場合、測定した基板の伝送損失は−３．７３ｄＢあるいは−３．５８ｄＢであった。この値から図９のＧ１、あるいは表１に示すマイクロストリップラインの伝送損失−１．９２ｄＢを引くと、−１．８２ｄＢあるいは−１．６６ｄＢとなる。この−１．８２あるいは−１．６６ｄＢという値は、マイクロストリップラインの孔を介した電磁結合が２個分の電磁結合構造１００の伝送損失であるので、この半分の値である−０．９１あるいは−０．８３ｄＢが１個分の伝送損失となる。

また、図１３のＧ３、あるいは表１に示すように、７５ＧＨｚ時では、比較例１の電磁結合構造１０００において、上記距離Ｌ１０及び距離Ｌ１１が、それぞれ設計値通りの場合、測定した基板の伝送損失は−１５．９０ｄＢであり、この値から図１２のＧ１、あるいは表１に示すマイクロストリップラインの伝送損失−１．９２ｄＢを引くと、−１３．９８ｄＢとなる。この−１３．９８ｄＢという値は、マイクロストリップラインのスロット孔を介した電磁結合が２個分の電磁結合構造１０００の伝送損失であるので、この半分の値である−６．９９ｄＢが１個分の伝送損失となる。

同様に図１３のＧ６、Ｇ７、あるいは表１に示すように、比較例１の電磁結合構造１０００において上記距離Ｌ１０及び距離Ｌ１１が、それぞれ設計値に対して−２０μｍあるいは＋２０μｍであった場合、測定した基板の伝送損失は−１４．６５ｄＢあるいは−１６．８７ｄＢであった。この値から図１２のＧ１、あるいは表１に示すマイクロストリップラインの伝送損失−１．９２ｄＢを引くと、−１２．７３ｄＢあるいは−１４．９５ｄＢとなる。この−１２．７３あるいは−１４．９５ｄＢという値は、マイクロストリップラインのスロット孔を介した電磁結合が２個分の電磁結合構造１０００の伝送損失であるので、この半分の値である−６．３７あるいは−７．４８ｄＢが１個分の伝送損失となる。

さらに、表２に、実施例２における電磁結合構造１００及び比較例２における電磁結合構造１０００の７５ＧＨｚ時の特性をまとめて示す。

図１４のＧ８、あるいは表２に示すように、実施例２の電磁結合構造１００において上記孔Ｓ１のＸ方向における中心から伝送線路１６ＡのＸ方向における中心までの距離、孔Ｓ１のＸ方向における中心から伝送線路１１ＡのＸ方向における中心までの距離、孔Ｓ２のＸ方向における中心から伝送線路１６ＢのＸ方向における中心までの距離、及び、孔Ｓ２のＸ方向における中心から伝送線路１１ＡのＸ方向における中心までの距離が、それぞれ設計値に対して±１００μｍであった場合、測定した基板の伝送損失は−３．６６ｄＢであった。これから求めた層間接続部１個分の伝送損失は−０．８７ｄＢであった。

同様に、図１４のＧ９、あるいは表２に示すように、比較例２の電磁結合構造１０００において上記孔Ｓ１１、孔Ｓ１２のＸ方向における中心から伝送線路１６１ＡのＸ方向における中心までの距離、孔Ｓ１１、孔Ｓ１２のＸ方向における中心から伝送線路１１１ＡのＸ方向における中心までの距離、孔Ｓ１３、孔Ｓ１４のＸ方向における中心から伝送線路１６１ＢのＸ方向における中心までの距離、及び、孔Ｓ１３、孔Ｓ１４のＸ方向における中心から伝送線路１１１ＡのＸ方向における中心までの距離が、それぞれ設計値に対して±１００μｍであった場合、測定した基板の伝送損失は−１６．６６ｄＢであった。これから求めた層間接続部１個分の伝送損失は−７．３７ｄＢであった。

従って、７５ＧＨｚ帯での伝送損失は、実施例１、２の電磁結合構造１００の方が、比較例１、２の電磁結合構造１０００よりも小さい。また、図１２に示されるように、６０〜８０ＧＨｚの周波数帯域にわたって、実施例１、２の電磁結合構造１００の方が、比較例１、２の電磁結合構造１０００よりも伝送損失が小さい。

さらに、７５ＧＨｚ時における層間接続部の最大伝送損失から最小伝送損失を引いた損失ばらつきは、実施例１では０．０８ｄＢ、比較例１では１．１１ｄＢであった。また、実施例２では０．０２ｄＢ、比較例２では０．３８ｄＢであった。従って、実施例１、２の電磁結合構造１００の方が、比較例１、２の電磁結合構造１０００よりも損失ばらつきも大幅に低減する。

このように、実施例のような多層伝送線路板１Ａでは、比較例のような従来の多層伝送線路板１０Ａと比較して伝送損失が少なくなる。これは、従来の多層伝送線路板では、伝送線路間の電磁結合が弱いことに起因する。電磁結合が弱まる理由は２つある。第１は、伝送線路間の距離が伝送線路の間に存在する多層構造の厚み分だけ遠くなるためである。第２は、従来の多層伝送線路板では「鏡像」関係を利用して電磁結合を強める設計手法が取れないためである。

実施例のような多層伝送線路板１Ａでは、伝送線路をなす導体層１１Ａ及び導体層１６Ａ，１６Ｂの上の電磁界モードが、グランド層をなす導体層１２及び導体層１５と、これら導体層１２及び導体層１５を電気的に接続する金属膜３との積層体を間に挟んで、「鏡像」の関係にある。つまり、この積層体は、伝送線路の鏡像現象の中心位置である多層伝送線路板１Ａの積層方向の中央に、配置されている。この構成により、電磁界が安定して強いモード結合を得られるので、伝送損失が抑制される。

これに対し、比較例のような従来の多層伝送線路板１０Ａでは、伝送線路をなす導体層１１１Ａ及び導体層１６１Ａ、１６１Ｂの鏡像現象の中心位置には誘電体層２３が存在し、導体層（グランド層）がないため鏡像原理によってモード結合を強めることができない。

また、実施例のような多層伝送線路板１Ａでは、比較例のような従来の多層伝送線路板１０Ａと比較して損失ばらつきが小さくなる。これは、伝送線路の先端をパッチ形状にすることによって（すなわち、配線部の延在方向と直交する方向において、配線部の長さよりも長い部分を有する導体パッチ部を用いることによって）、孔とのインピーダンスを整合させる構造をなしていることに起因する。このような構造では、導体パッチ部の寸法等の変化よる伝送損失への影響が比較的小さい。実施例２で行った一括平行露光法は、分割投影露光法に比べ、線路形成精度のばらつきが比較的大きいが、本発明にかかる構造を有することによって、導体パッチ部の寸法の変化や位置ずれによる伝送損失への影響が小さい。

これに対し、従来の多層伝送線路板１０Ａでは、電磁波の位相を考慮してスロット孔と開放端の距離を決める。これは進行波と反射波の干渉によりスロット孔上部で電磁波が弱まらないようにする必要があるためである。このような構造では伝送線路の開放端とスロット孔との距離が極めて重要になるため、パターンの寸法変化による伝送損失への影響が大きい。

１…多層伝送線路板、１１…第一導体層、１１Ｗ…配線部、１１Ｐ…導体パッチ部、１２…第二導体層、１５…第三導体層、１６…第四導体層、１６Ｗ…配線部、１６Ｐ…導体パッチ部、２１…第一誘電体層、２３…第二誘電体層、２５…第三誘電体層、３…金属膜、Ｓ…孔。

Claims (8)

1. マイクロ波帯の周波数帯域で使用される電磁結合構造の製造方法であって、
   複数のグランド層となる内側導体層の間に内側誘電体層が配置される積層体を形成する工程と、
   前記積層体における前記内側誘電体層及び前記複数のグランド層となる内側導体層を貫通する孔を設ける工程と、
   前記孔の内壁に管状の金属膜を設ける工程と、
   前記積層体を間に挟んで対向する一対の外側誘電体層を形成する工程と、
   前記一対の外側誘電体層を間に挟んで対向する一対の外側導体層を形成する工程と、を備え、
   前記一対の外側導体層の各々が、配線部と、当該配線部の先端に設けられた導体パッチ部とをそれぞれ含み、前記導体パッチ部が、前記配線部の延在方向と直交する方向において、前記配線部の長さよりも長い部分を有するように、前記一対の外側導体層を形成する、電磁結合構造の製造方法。
2. 前記管状の金属膜をめっきによって形成する、請求項１に記載の電磁結合構造の製造方法。
3. 前記管状の金属膜が形成された前記孔内に、１０ＧＨｚにおける誘電正接が０〜０．０３００である誘電体を充填する工程を有する、請求項１又は２に記載の電磁結合構造の製造方法。
4. 前記管状の金属膜が形成された前記孔内に、空気を充填する工程を有する、請求項１又は２に記載の電磁結合構造の製造方法。
5. マイクロ波帯の周波数帯域で使用される多層伝送線路板の製造方法であって、
   複数のグランド層となる内側導体層の間に内側誘電体層が配置される積層体を形成する工程と、
   前記積層体における前記内側誘電体層及び前記複数のグランド層となる内側導体層を貫通する孔を設ける工程と、
   前記孔の内壁に管状の金属膜を設ける工程と、
   前記積層体を間に挟んで対向する一対の外側誘電体層を形成する工程と、
   前記一対の外側誘電体層を間に挟んで対向する一対の外側導体層を形成する工程と、を備え、
   前記一対の外側導体層の各々が、配線部と、当該配線部の先端に設けられた導体パッチ部とをそれぞれ含み、前記導体パッチ部が、前記配線部の延在方向と直交する方向において、前記配線部の長さよりも長い部分を有するように、前記一対の外側導体層を形成する、多層伝送線路板の製造方法。
6. 前記管状の金属膜をめっきによって形成する、請求項５に記載の多層伝送線路板の製造方法。
7. 前記管状の金属膜が形成された前記孔内に、１０ＧＨｚにおける誘電正接が０〜０．０３００である誘電体を充填する工程を有する、請求項５又は６に記載の多層伝送線路板の製造方法。
8. 前記管状の金属膜が形成された前記孔内に、空気を充填する工程を有する、請求項５又は６に記載の多層伝送線路板の製造方法。

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