| 【発明の名称】 |
高周波回路基板 |
| 【発明者】 |
【氏名】戸田 浩文
【氏名】磯山 伸治
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| 【要約】 |
【課題】ストリップラインとアース電極とを接続する導体の高周波信号の伝送性を向上して、回路Ｑを向上できる高周波回路基板を提供する。
【解決手段】絶縁層１０ａ〜１０ｈを複数積層してなる絶縁基体１内に、平行に設けられた一対のアース電極１７ａと、該一対のアース電極１７ａ間に設けられたストリップライン１７ｂと、一対のアース電極１７ａとストリップライン１７ｂとを接続する板状電極１７ｃとからなるストリップライン型共振器を形成したものである。ここで、板状電極１７ｃの幅はストリップライン１７ｂの幅と同一であることが望ましい。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】絶縁層を複数積層してなる絶縁基体内に、平行に設けられた一対のアース電極と、該一対のアース電極間に設けられたストリップラインと、前記一対のアース電極と前記ストリップラインとを接続する板状電極とからなるストリップライン型共振器を形成したことを特徴とする高周波回路基板。
【請求項２】板状電極の幅はストリップラインの幅と同一であることを特徴とする請求項１記載の高周波回路基板。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は高周波回路基板に関し、例えば電圧制御発振器（ＶＣＯ）、ミキサ部、フィルター素子、発振子、コイル、コンデンサ等の回路機能が内部に複数形成された高周波回路基板に関するものである。
【０００２】
【従来技術】近年、電子機器は小型軽量化が進んでおり、それに用いられる回路基板もその動向に呼応する形で、小型軽量化、薄型化、表面実装化、複合化が押し進められている。特に携帯通信等の高周波を利用した通信機器においては、セラミックスの優れた誘電特性等と多層化技術からセラミック回路基板が従来より多用されており、近年では、高機能化が進められている。
【０００３】従来、高周波回路基板内に１／４波長ストリップライン型共振器を形成したものが知られている。このような高周波回路基板では、例えば、絶縁層を複数積層してなる絶縁基体内に一対のアース電極を平行に設け、該一対のアース電極間にストリップラインを設け、一対のアース電極とストリップラインとを絶縁層の積層方向に形成されたビアホール導体により接続し、１／４波長ストリップライン型共振器を形成していた。図７には、一対のアース電極（図示せず）とストリップライン２とを、円柱状のビアホール導体３で接続した状態を示した。
【０００４】このような共振器では、ストリップライン２に入射した高周波信号がビアホール導体３を介してアース電極に伝送され、再度ビアホール導体を介してストリップライン２に入射され、このストリップライン２から外部に伝送される。
【０００５】上記のような共振器を有する高周波回路基板は、従来、セラミックやガラスセラミックなどの原料を含有するグリーンシートを作製して、このグリーンシートにビアホールとなる位置にＮＣパンチや金型などでビアホール用貫通孔を形成し、次に内部配線パターンに応じて導電性ペーストを印刷すると共に、ビアホールに導電性ペーストを充填し、次にこれらグリーンシートを複数積層して、この積層成形体と導電性ペーストを一括して同時に焼成する、いわゆるグリーンシート積層方式によって形成されていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記のような高周波回路基板では、ストリップライン２とアース電極を、絶縁層の積層方向に形成されたビアホール導体３により接続していたため、ビアホール導体３の抵抗が高く、回路Ｑが悪化するという問題が生じていた。
【０００７】即ち、高周波信号は、主に円柱状のビアホール導体３の表皮を伝送し、また、一般に、ビアホール導体３はストリップライン２の幅よりも十分小さい直径を有するものしか製造できなかったため、ストリップライン２を伝送してきた高周波信号はアース電極に十分に伝送されずに、ビアホール導体３に入射する段階で損失を生じ、一方、アース電極に伝送された高周波信号がストリップライン２に伝送される際に、ビアホール導体３に入射する段階で損失を生じ、回路Ｑが低下するという問題が生じていた。
【０００８】本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、その目的は、ストリップラインとアース電極とを接続する導体の高周波信号の伝送性を向上して、回路Ｑを向上できる高周波回路基板を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の高周波回路基板は、絶縁層を複数積層してなる絶縁基体内に、平行に設けられた一対のアース電極と、該一対のアース電極間に設けられたストリップラインと、前記一対のアース電極と前記ストリップラインとを接続する板状電極とから構成された１／４波長ストリップライン型共振器を形成したものである。
【００１０】ここで、板状電極の幅はストリップラインの幅と同一であることが望ましい。
【００１１】
【作用】本発明の高周波回路基板は、一対のアース電極とストリップラインとを板状電極により接続したので、ストリップラインを伝送してきた高周波信号は、板状電極を介してアース電極に十分に伝送され、また、アース電極に伝送された高周波信号は、板状電極を介してストリップラインに十分に伝送され、板状電極で生じる損失を最小限に抑制できる。
【００１２】また、板状電極の幅をストリップラインの幅と同一とすることにより、高周波信号の板状電極への伝送性をさらに向上でき、板状電極で生じる損失を最小限に抑制できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１および図２は本発明の高周波回路基板を示すもので、この高周波回路基板内には、図２に示すように、ストリップラインとアース電極を板状電極で接続した１／４波長ストリップライン型共振器部Ｘとミキサ部Ｙの２つの回路機能を有するブロックが複合化されている。図において、符号１は絶縁基体を示している。この絶縁基体１は誘電体としての機能を有するものである。
【００１４】絶縁基体１には、図１に示すように、入出力端子、電源端子、グランド端子等の端面電極２が形成されている。この端面電極２はリード端子として形成しても良い。この絶縁基体１の表面には表面電極３が形成されており、この表面電極３には厚膜抵抗体４、抵抗器、コンデンサ等のチップ部品６が接続されている。さらに、絶縁基体１にはキャビティ部が形成され、このキャビティ部には半導体ベアチップ７が配置され、この半導体ベアチップ７はワイヤＷを介して表面電極３に接続されている。
【００１５】絶縁基体１は、図２に示したように、絶縁層１０ａ〜１０ｈを複数積層して構成され、また、内部配線１１やビアホール導体１３、半導体ベアチップ７等により２つの回路機能Ｘ、Ｙが形成されている。
【００１６】回路機能Ｘは１／４波長ストリップライン型共振器であり、この１／４波長ストリップライン型共振器は、絶縁層１０ｈと１０ｇ間、および絶縁層１０ｂと１０ａ間にアース電極１７ａが形成され、これらの一対のアース電極１７ａ間である絶縁層１０ｅと１０ｄ間にストリップライン１７ｂが形成され、ストリップライン１７ｂと上下のアース電極１７ａが板状電極１７ｃにより接続されて構成されている。１／４波長ストリップライン型共振器の電極構造を図３に示し、板状電極１７ｃ近傍を拡大したものを図４に示す。
【００１７】板状電極１７ｃは、図３に示すように、ストリップライン１７ｂの一端と、上下のアース電極１７ａの一端を接続している。また、上側のアース電極１７ａには挿通孔１８が形成されており、この挿通孔１８を板状入出力電極１９が挿通し、ストリップライン１７ｂに接続されている。板状入出力電極１９は、高周波信号をストリップライン１７ｂに入出力するためのものである。
【００１８】板状電極１７ｃの幅は高周波信号の伝送性の点から大きい方が望ましいが、ストリップライン１７ｂの幅と同一幅が最も望ましい。また、板状電極１７ｃの厚みは、抵抗を低くするという点から厚い方が望ましい。さらに、板状電極１７ｃの幅は、高周波信号の伝送性の点から、ストリップライン１７ｂと接続される部分はストリップライン１７ｂの幅と同一幅であり、アース電極１７ａに向けて次第に幅広になることが望ましい。特に、アース電極１７ａと接続される部分はアース電極１７ａの幅と同一幅であることが望ましい。
【００１９】絶縁層１０ａ〜１０ｈはガラスセラミックスまたはセラミックスからなるものである。絶縁層１０ａ〜１０ｈの厚みは４０〜１５０μｍとされている。このような複数の絶縁層１０ａ〜１０ｈ間に形成されている内部配線１１は、金系、銀系、銅系の金属材料からなるものである。
【００２０】また、絶縁層１０ａ〜１０ｈ間の内部配線１１は、絶縁層１０ａ〜１０ｈの厚み方向に形成されたビアホール導体１３によって接続されているものもあれば、容量結合等で分布定数的に接続されるものもある。このビアホール導体１３も内部配線１１と同様に金系、銀系、銅系の金属材料からなるものである。また、アース電極１７ａ、ストリップライン１７ｂ、板状電極１７ｃも、金系、銀系、銅系の金属材料からなるものである。
【００２１】以上のように構成された高周波回路基板では、一対のアース電極１７ａとストリップライン１７ｂとを板状電極１７ｃにより接続したので、ストリップライン１７ｂを伝送してきた高周波信号が、図４に示すように、板状電極１７ｃで大きな損失を生じることなく、アース電極１７ａに十分に伝送され、また、アース電極１７ａに伝送された高周波信号はストリップライン１７ｂに十分に伝送され、板状電極１７ｃで生じる損失を最小限に抑制でき、回路Ｑの高い１／４波長ストリップライン型共振器を内蔵することができる。
【００２２】尚、図２では、絶縁層１０ｈと１０ｇ間、および絶縁層１０ｂと１０ａ間にアース電極１７ａを形成し、絶縁層１０ｅと１０ｄ間にストリップライン１７ｂを形成した例について説明したが、本発明では、絶縁層の積層方向にアース電極およびストリップラインを形成しても良いことは勿論である。この場合でも、板状電極１７ｃは絶縁層の積層方向に形成されることになる。
【００２３】次に、本発明の高周波回路基板の製造方法について説明する。先ず、絶縁層１０ａ〜１０ｈとなるスリップ材を作製する。スリップ材は、例えば、セラミック原料粉末と、光硬化可能なモノマー、例えばポリオキシエチル化トリメチロールプロパントリアクリレートと、有機バインダ、例えばアルキルメタクリレートと、可塑剤とを、有機溶剤、例えばエチルカルビトールアセテートに混合し、ボールミルで約４８時間混練して作製される。
【００２４】セラミック原料粉末としては、金属元素として少なくともＭｇ、Ｔｉ、Ｃａを含有する複合酸化物であって、その金属元素酸化物による組成式を（１−ｘ）ＭｇＴｉＯ3 −ｘＣａＴｉＯ3 （但し、式中ｘは重量比を表し、０．０１≦ｘ≦０．１５）で表される主成分１００重量部に対して、硼素をＢ2 Ｏ3 換算で３〜３０重量部、アルカリ金属をアルカリ金属炭酸塩換算で１〜２５重量部含有するものが用いられる。
【００２５】尚、上述の実施例では溶剤系スリップ材を作製しているが、上述のように親水性の官能基を付加した光硬化可能なモノマー、例えば多官能基メタクリレートモノマー、有機バインダ、例えばカルボキシル変性アルキルメタクリレートを用いて、イオン交換水で混練した水系スリップ材を作製しても構わない。
【００２６】また、ビアホール導体１３、内部配線１１およびストリップライン型共振器の電極１７となる導電性ペーストを作製する。導電性ペーストは、低融点で且つ低抵抗の金属材料である例えば銀粉末と、硼珪酸系低融点ガラス、例えばＢ2 Ｏ3−ＳｉＯ2 −ＢａＯガラス、ＣａＯ−Ｂ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 ガラス、ＣａＯ−Ａｌ2 Ｏ3 −Ｂ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 ガラスと、有機バインダ、例えばエチルセルロースとを、有機溶剤、例えば２，２，４−トリメチル−１，３−ペンタジオ−ルモノイソブチレ−トに混合し、３本ローラーにより均質混練して作製される。
【００２７】次に、図５（ａ）に示すように、まず、絶縁層用スリップ材を、支持基板３３上に、上述のスリップをドクターブレード法によって塗布し、乾燥して、絶縁層１０ｈとなる絶縁層成形体３５ｈを形成する。支持基板３３としてマイラーフイルムを用い、この支持基板３３は焼成工程前に取り外される。薄層化・乾燥された絶縁層成形体３５ｈの厚みは４０μｍである。この絶縁層成形体３５ｈについて、後述する露光処理を施し、硬化させる。
【００２８】この絶縁層成形体３５ｈにはビアホール導体等が形成されないため、直ちに、図２中の内部配線１１となる内部配線パターン、およびアース電極１７ａとなるアース電極パターンの印刷・乾燥を行う。具体的には、図５（ｂ）に示すように上述の導電性ペーストを所定パターンに形成可能なスクリーン（図示せず）を介して、印刷・乾燥することにより、内部配線パターン３６ａ、アース電極パターン３７ａが形成される。
【００２９】次に、図５（ｃ）に示すように、絶縁層１０ｇとなる絶縁層成形体３５ｇを、絶縁層成形体３５ｈ上の内部配線パターン３６ａ、アース電極パターン３７ａを全て被覆するように絶縁層成形体３５ｈと同様に塗布・乾燥により形成する。
【００３０】この後、絶縁層成形体３５ｇに板状電極１７ｃを形成するための板状電極用貫通溝を形成する。板状電極用貫通溝は、露光処理、現像処理、洗浄・乾燥処理により形成される。
【００３１】露光処理は、具体的には、絶縁層成形体３５ｇ上に板状電極１７ｃが形成される領域が遮光されるようなフォトターゲットを載置して、超高圧水銀灯（１０ｍＷ／ｃｍ2 ）を光源として用いて露光を行なう。
【００３２】露光処理は、例えば、フォトターゲットを絶縁基板上に近接または載置して、板状電極用貫通溝以外の領域に、低圧、高圧、超高圧の水銀灯系の露光光を照射する。これにより、板状電極用貫通溝以外の領域では、光硬化可能なモノマーが光重合反応を起こす。従って、板状電極用貫通溝部分のみが現像処理によって除去可能な溶化部となる。
【００３３】尚、実際には、フォトターゲットを絶縁層成形体に接触させて露光した方が露光精度は向上する。また、最適露光時間は絶縁層成形体の厚み、板状電極用貫通溝の幅などで決まる。露光装置は所謂写真製版技術に用いられる一般的なものでよい。これにより、板状電極用貫通溝が形成される領域の絶縁層成形体３５ｇにおいては、光硬化可能なモノマの光重合反応がおこらず、板状電極用貫通溝が形成される領域以外の絶縁層成形体３５ｇにおいては、光重合反応が起こる。ここで光重合反応が起こった部位を不溶化部といい、光重合反応が起こらない部位を溶化部という。尚、４０μｍ程度の絶縁層成形体３５ｇは、超高圧水銀灯（１０ｍＷ／ｃｍ2 ）を５〜１０秒程度照射すれば露光を行うことができる。
【００３４】現像処理は、フォトターゲットを除去した後、絶縁層成形体３５ｇの溶化部をスプレー現像法やパドル現像法によって、現像液で除去するもので、具体的には１，１，１−トリクロロエタンを用いてスプレー法で現像を行う。その後、必要に応じて洗浄及び乾燥を行ない、図５（ｄ）に示すように、板状電極用貫通溝３７ｃを形成する。
【００３５】次に、板状電極となる導体部材４７を、絶縁層成形体３５ｇに形成された板状電極用貫通溝３７ｃに導電性ペーストを充填し、乾燥することにより形成する。
【００３６】充填方法は、例えばスクリーン印刷方法で行なう。
【００３７】そして、上記のような工程を繰り返して、図６に示すような８層の絶縁層成形体３５ａ〜３５ｈを有する積層成形体４１を形成する。
【００３８】この後、表面電極３となる導体膜３９を最上層の絶縁層成形体３５ａの表面に形成する。これは、配線パターン３６、３６ａ、ビアホール導体１３およびストリップライン１７ｂとアース電極１７ａ、板状電極１７ｃとなるアース電極パターン３７ａ、導体部材４７の一括焼成時に、表面電極３となる導体膜３９をも一括的に焼成しようとするものである。
【００３９】次に、必要に応じて、積層成形体４１の形状をプレスで整えたり、分割溝を形成したり、また、支持基板３３を取り外す。
【００４０】次に、焼成を行う。焼成は、脱バインダー工程と、本焼成工程からなる。脱バインダー工程は、概ね６００℃以下の温度領域であり、絶縁層成形体３５ａ〜３５ｈ及び内部配線パターン３６、３６ａ、アース電極パターン３７ａ、導体部材４７に含まれている有機バインダ、光硬化可能なモノマを消失する過程であり、本焼成工程は、ピーク温度８５０〜１０５０℃、例えば、ピーク温度９００℃で焼成する。
【００４１】これにより、図２に示したように、８層の絶縁層１０ａ〜１０ｈからなる高周波回路基板を作製できる。
【００４２】その後、表面処理として、さらに、厚膜抵抗体４や厚膜保護膜の印刷・焼きつけ、メッキ処理、さらに半導体ベアチップ７やチップ部品６の接合を行う。
【００４３】尚、表面電極３は、絶縁層１０ａ〜１０ｈの焼成された積層体の表面に、印刷・乾燥し、所定雰囲気で焼きつけを行っても構わない。例えば、内部配線１１にＡｇ系導体を用い、表面電極３としてＣｕ系導体を用いる場合、絶縁層成形体３５ａ〜３５ｈと内部配線１１の配線パターンからなる積層成形体を、酸化性雰囲気又は中性雰囲気で焼成し、焼成された積層体の表面に、Ｃｕ系導体の印刷・乾燥を行い、中性雰囲気又は還元性雰囲気において７８０℃（ＡｇとＣｕの共晶点）以下の温度で焼成する。
【００４４】また、支持基板３３がアルミナセラミック基板を用いた場合には、焼成前に取り外すことなく、多層セラミック回路基板の下部層としてそのまま残存させても構わない。この場合、支持基板３３であるアルミナセラミック基板にビアホール導体や内部配線パターンを予め形成しても良い。
【００４５】このような方法によれば、光硬化可能なモノマーを含有するスリップ材で絶縁層成形体を作製し、露光・現像処理を施し、積層していくため、アース電極１７ａとストリップライン１７ｂを接続する板状電極１７ｃの層間での不連続が起こりにくく、回路Ｑの悪化が起こりにくい高周波回路基板を得ることができる。
【００４６】また、板状電極用貫通溝３７ｃが、フォトターゲットを用いて、露光・現像処理によって作製されるために任意の幅や断面積の板状電極１７ｃを形成することができ、板状電極１７ｃの抵抗を小さくでき、回路Ｑを高くできる。即ち、従来、いわゆるグリーンシート積層法により作製していたため、グリーンシートの積層工程においてビアホールにズレが生じ、絶縁層間でビアホール導体の不連続が起こり易く、ビアホール導体の抵抗が高くなり、回路Ｑが悪化しやすかったが、上記のような方法を採用することにより、板状電極１７ｃの層間での連続性を向上して、回路Ｑを向上できる。
【００４７】また、従来のグリーンシート積層法では、大断面のビアーホールを作製できなかったため、ビアホール導体としても大断面が得られなかったが、上記方法によれば、板状電極１７ｃの幅、厚みを任意に容易に大きくすることができる。
【００４８】さらに、絶縁層となるスリップ材の塗布により絶縁層成形体が形成されるため、絶縁層成形体の表面が、内部配線の配線パターンの積層状態にかかわらず、常に平面状態が維持でき、絶縁層成形体上に配線パターンを形成するにあたって、非常に精度が高くなる。
【００４９】
【実施例】上記方法にて、図３に示すような１／４波長ストリップライン型共振器を作製した。ここで、アース電極の幅を３．５ｍｍ、長さを１６．５ｍｍ、ストリップラインの幅を０．５ｍｍ、長さを１５．５ｍｍ、アース電極とストリップラインの間隔を０．５ｍｍ、絶縁層に用いる誘電体の比誘電率を１９、測定周波数１ＧＨｚにおけるＱ値を８０００とし、アース電極とストリップラインを接続する板状電極の幅を０．５ｍｍ、厚みを０．０２ｍｍ（断面積０．０１ｍｍ2 ）とした。
【００５０】比較例として、アース電極とストリップラインを直径０．１６ｍｍのビアホール導体（断面積０．０２ｍｍ2 ）により接続した共振器も作製した。電極材料としてはＡｇを用いた。
【００５１】作製した共振器のＱ値を測定したところ、板状電極を用いた本発明の共振器では１３５、比較例では１１０であった。
【００５２】尚、上記条件にて、電磁場シミュレーションによりＱ値を求めたところ、板状電極を用いた場合には１４５であり、ビアホール導体を用いた場合には１３０であった。これより、電磁場シミュレーションからも板状電極を用いた方がＱ値を向上できることが判る。
【００５３】また、実際作製したビアホール導体を用いた共振器のＱ値は、理論的なＱ値よりも大きく低下しているが、これはビアホール導体の層間の不連続によりＱ値が悪化していると考えられる。一方、板状電極の場合には実際作製した共振器のＱ値と理論的なＱ値はあまり差がなく、層間の連続性が良好であることが判る。
【００５４】さらに、ビアホール導体の断面積の方が板状電極の断面積よりも大きいにもかかわらずＱ値が低いことより、Ｑ値を向上するには板状電極の幅を大きくすることが効果的であることが判る。
【００５５】
【発明の効果】本発明の高周波回路基板によれば、ストリップラインとアース電極の接続に板状電極を使用することにより、ストリップラインを伝送してきた高周波信号はアース電極に十分に伝送され、また、アース電極に伝送された高周波信号はストリップラインに十分に伝送され、板状電極で生じる損失を最小限に抑制でき、高い回路Ｑを得ることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６６３３
【氏名又は名称】京セラ株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年（１９９８）２月２５日 |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開平１１−２４３２８１ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）９月７日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−４３９８０ |
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