CN109478723A - 平面天线、共烧陶瓷基板和准毫米波/毫米波无线通信组件 - Google Patents

平面天线、共烧陶瓷基板和准毫米波/毫米波无线通信组件 Download PDF

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Abstract

平面天线包括：具有上表面和下表面的、含有层叠的多个陶瓷层的多层陶瓷构造(10)；位于多个陶瓷层(10)的一个分界面的至少一个发射导体(31)；和位于所述多层陶瓷构造的下表面、或多个陶瓷层的比所述发射导体靠下表面侧的一个分界面的地导体(32)。

Description

平面天线、共烧陶瓷基板和准毫米波/毫米波无线通信组件
技术领域
本发明涉及平面天线、共烧陶瓷基板和准毫米波/毫米波无线通信组件。
背景技术
基于互联网的信息传送量飞跃性地增长，要求能够传送更大容量的信息的无线通信技术。此外，也要求更高精细的图像的电视广播。
无线通信中，传送频率越高，能够使在信息传送中利用的频带越广，能够传送更多的信息。因此，近年来，微波、特别是从1GHz左右到15GHz左右的范围的无线LAN、便携电话通信网、卫星通信等无线通信被广泛利用。
在这样的高频的无线通信中使用的天线中，例如使用平面天线。专利文献1公开了在印刷配线基板设置有天线导体的GPS接收系统用的平面天线。天线导体为了防止腐蚀，用阻焊剂覆盖。专利文献2公开了在树脂基板上设置有导体膜和覆盖导体膜的保护膜的微波和毫米波区域的通信系统用平面天线。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平6-140831号公报
专利文献2：日本特开2012-054826号公報
发明内容
发明要解决的技术课题
近年来，作为用于传送更大容量的信息的近距离无线通信技术，准毫米波/毫米波频带的无线通信技术受到关注。
不限定本发明的例示的一实施方式，提供在准毫米波/毫米波频带的无线通信中能够利用的平面天线、共烧陶瓷基板和准毫米波/毫米波无线通信组件。
用于解决课题的技术方案
本发明例示的一实施方式的平面天线包括：具有上表面和下表面的、包含层叠的多个陶瓷层的多层陶瓷构造；位于所述多个陶瓷层的分界面中的1个分界面的至少一个发射导体；和位于所述多层陶瓷构造的下表面、或所述多个陶瓷层的比所述发射导体靠下表面侧的一个分界面的地导体。
所述多层陶瓷构造可以包括所述多个陶瓷层中位于所述上表面与所述至少一个发射导体之间的第一部分、和位于所述下表面与所述至少一个发射导体之间的第二部分。
所述第一部分的厚度可以是70μm以下。
所述第一部分的厚度可以为5μm以上、小于20μm。
所述多层陶瓷构造的所述第一部分可以具有与所述第二部分不同的组成。
所述多层陶瓷构造的所述第一部分可以具有与所述第二部分相同的组成。
所述平面天线可以含有多个所述发射导体。
所述发射导体与所述地导体的间隔可以为50μm以上、1mm以下。
所述发射导体可以埋设于所述第一部分和所述第二部分，所述发射导体的埋设于第一部分10c的部分的高度Hc小于埋设于第二部分10d的部分的高度Hd。
本发明例示的一实施方式的共烧陶瓷基板包括：具有上表面和下表面的、包含层叠的多个陶瓷层的多层陶瓷构造；位于所述多个陶瓷层的分界面中的1个分界面的至少一个发射导体；位于所述多层陶瓷构造的下表面、或者位于所述多个陶瓷层的比所述发射导体靠下表面侧的一个分界面的地导体；位于所述多个陶瓷层的比所述发射导体靠所述下表面侧的分界面的多个导电体图案；和设置于所述多个陶瓷层之中的、位于比所述发射导体靠所述下表面侧的位置的陶瓷层的多个导电性通路，由所述发射导体、所述地导体和位于所述发射导体与所述地导体之间的所述多个陶瓷层的一部分构成平面天线，由所述多个导电体图案和所述多个导电性通路构成无源部件和配线。
所述多层陶瓷构造可以包括所述多个陶瓷层中位于所述上表面与所述至少一个发射导体之间的第一部分、和位于所述下表面与所述至少一个发射导体之间的第二部分。
所述第一部分的厚度可以是70μm以下。
所述第一部分的厚度可以是5μm以上、小于20μm。
所述发射导体与所述地导体的间隔可以是50μm以上、1mm以下。
所述发射导体可以埋设于所述第一部分和所述第二部分，所述发射导体的埋设于第一部分10c的部分的高度Hc小于埋设于第二部分10d的部分的高度Hd。
多层陶瓷构造的所述第一部分可以具有与所述第二部分不同的组成。
多层陶瓷构造的所述第一部分可以具有与所述第二部分相同的组成。
所述共烧陶瓷基板可以包括多个所述发射导体。
所述共烧陶瓷基板还具有形成于所述多层陶瓷构造内的、将所述发射导体和所述配线直接电连接的导电性通路和导电性图案的至少一者。
所述共烧陶瓷基板还具有形成于所述多层陶瓷构造内的、与所述配线电连接且能够与所述发射导体电磁耦合的导电性通路和导电性图案的至少一者。
所述共烧陶瓷基板还具有位于所述下表面的、与所述配线电连接的多个电极。
本发明例示的一实施方式的准毫米波/毫米波无线通信组件包括：上述共烧陶瓷基板；和与位于所述多层陶瓷构造的所述下表面的所述多个电极连接的有源部件。
发明效果
根据本发明的实施方式，能够实现在准毫米波/毫米波频带的无线通信中可利用的平面天线、共烧陶瓷基板和准毫米波/毫米波无线通信组件。
附图说明
图1中的(a)、(b)和(c)表示共烧陶瓷基板的实施方式的一例，是示意性的上表面图、示意性的下表面图和(b)的1c-1c线的示意性截面图。
图2中的(a)和(b)是表示图1所示的共烧陶瓷基板中的发射导体和地导体的形状的平面图。
图3中的(a)是表示共烧陶瓷基板的第一部分和第二部分与发射导体的位置关系的一例的示意图，(b)～(f)是用于制造(a)所示的构造的工序截面图。
图4中的(a)是表示共烧陶瓷基板的第一部分和第二部分与发射导体的位置关系的其它例子的示意图，(b)～(d)是用于制造(a)所示的构造的工序截面图。
图5中的(a)和(b)是表示向发射导体的供电构造的例子的部分分解立体图。
图6中的(a)是表示准毫米波/毫米波无线通信组件的实施方式的一例的示意性的下表面图，(b)是安装于电路基板的准毫米波/毫米波无线通信组件的示意性的截面图。
图7中的(a)和(b)是表示通过计算求取图1所示的平面天线的构造中的第一部分的厚度与发射效率的关系和第一部分的厚度与最大增益的关系的结果的图。
图8是表示通过计算求取图1所示的平面天线的构造中的第一部分的介电损失与发射效率的关系的结果的图。
图9中的(a)和(b)是表示对第一部分的tanδ为0.002而使相对介电常数不同时的、图1所示的平面天线的构造的第一部分的厚度与发射效率的关系、和第一部分的厚度与最大增益的关系通过计算来求取的结果的图。
图10中的(a)和(b)是表示对第一部分的tanδ为0.005而使相对介电常数不同时的、图1所示的平面天线的构造的第一部分的厚度与发射效率的关系、和第一部分的厚度与最大增益的关系通过计算来求取的结果的图。
图11中的(a)和(b)分别表示陶瓷层的相对介电常数为6、将tanδ设定为0.002、0.003、0.005时的厚度d1与发射效率的关系和厚度d1与最大增益的关系。
图12中的(a)和(b)表示第一部分10c的厚度d1为20μm时的厚度d2与发射效率的关系和厚度d2与最大增益的关系。
具体实施方式
本发明的平面天线例如能够用于准毫米波/毫米波频带的无线通信。毫米波频带的无线通信中，波长为1mm～10mm，将30GHz～300GHz频率的电波用作载波。准毫米波频带的无线通信中，波长为10mm～30mm，将10GHz～30GHz的频率的电波用作载波。准毫米波/毫米波频带的无线通信中，平面天线的尺寸为数厘米或毫米的等级。因此，例如在将准毫米波/毫米波无线通信电路用多层陶瓷烧结基板(例如共烧陶瓷基板101)构成时，能够在多层陶瓷烧结基板安装本发明的平面天线。
另一方面，在准毫米波/毫米波频带的无线通信电路中传送损失的影响很大。因此，如专利文献1、2中所公开，当将发送接收电波的平面天线的表面用保护膜等覆盖时，会产生传递损失，不能够高效率地传送电波。但是，本发明的发明者们经过研究发现，不是以专利文献1中公开的树脂等，而是以陶瓷、例如构成多层陶瓷基板的陶瓷覆盖平面天线时，能够抑制发射效率的下降。以下，详细说明本发明的平面天线、共烧陶瓷基板和准毫米波/毫米波无线通信组件的实施方式。
(第一实施方式)
说明平面天线和共烧陶瓷基板的实施方式。图1(a)和(b)是本发明的实施方式的共烧陶瓷基板101的示意性的上表面图和下表面图。此外，图1(c)是共烧陶瓷基板101的沿图1(b)所示的1c-1c线的截面。
共烧陶瓷基板101包括多层陶瓷构造10、至少一个发射导体31和地导体32。
多层陶瓷构造10具有上表面10a和下表面10b。多层陶瓷构造10具有通过将生片层叠并烧制而得到的多个陶瓷层。多层陶瓷构造10有时在多个陶瓷层间也不存在明确的边界。各陶瓷层与1个生片对应。
发射导体31位于多个陶瓷层的分界面中的一个。此外，地导体32位于多个陶瓷层的分界面中的另一个，且位于比发射导体31靠下表面10b侧的位置或位于下表面10b。图1中，地导体32位于比发射导体31靠下表面10b侧的多层陶瓷构造10的内部。
多层陶瓷构造10的多个陶瓷层包括：位于上表面10a与发射导体31之间的第一部分10c；和位于下表面10b与发射导体31之间的第二部分10d。如图1(c)所示，位于从上表面10a到地导体32的位置的多个陶瓷层、发射导体31和地导体32构成平面天线11。平面天线11在本实施方式中是贴片天线，是由发射导体31、地导体32和被发射导体31与地导体32夹着的1个以上的陶瓷层构成的微带天线。
在多层陶瓷构造10中，第一部分10c与第二部分10d的分界面Lb，在用光学显微镜等观察共烧陶瓷基板101的截面时，在能够确认陶瓷层的分界面的情况下，确定在被确认出的分界面的位置。此外，在不能够确认明确的分界面的情况下，能够通过下述方式求取：由上表面10a与下表面10b的间隔定义的高度除以多层陶瓷构造10制作时所层叠的陶瓷生片的层数，来求取每1层的陶瓷层的厚度，将所求得的厚度乘以在发射导体31之上形成的陶瓷生片的数量，由此得到第一部分10c的厚度即第一部分10c与第二部分10d的分界面Lb的位置。
图2(a)是表示发射导体31的形状和排列的平面图。发射导体31是发射电波的发射元件，由导电性层形成。本实施方式中，发射导体31具有矩形(方形)形状。例如，在发射导体31的形状为矩形时，发射导体31的一边的长度为载波的波长的1/2，更具体地说，为5mm以下。但是，发射导体31也可以具有圆形或其它形状。
在本实施方式中，平面天线11具有6个发射导体31，在多个陶瓷层的分界面中的相同分界面中2维地列。即，发射导体31构成阵列天线。根据该结构，增加天线数量，因此能够提高最大增益。此外，能够调整发射或接收的电波的指向性，能够实现广角度或窄角度的指向性。此外，在多个平面天线的一部分发生故障时，也能够维持作为天线的功能，因此能够提高天线的可靠性。
图2(b)是表示地导体32的形状的平面图。地导体32也由导电性层形成。如图2(a)和(b)所示，从多层陶瓷构造10的层叠方向看，地导体32具有完全包含发射导体31的阵列的区域31r的尺寸，而且优选以完全包含区域31r的方式相对于发射导体31配置。
多层陶瓷构造10的第一部分10c为了使得发射导体31不向外部环境露出而完全覆盖发射导体31的全体。由此，能够抑制发射导体31曝露于外部环境而腐蚀或氧化从而导致发射效率下降、天线的特性改变。此外，在使用共烧陶瓷基板101制造准毫米波/毫米波无线通信组件时，能够抑制由于对发射导体31施加某些外力而产生变形等。特别是，准毫米波/毫米波带的天线尺寸小，即使是很小的形状变化也会产生很大的特性的变化，因此保护发射导体31是很重要的。
作为第一部分10c的表面的上表面10a的表面粗糙度Ra例如是0.5μm以下。上表面10a的表面的粗糙度Ra优选是0.1μm以上、0.3μm以下，更优选的是0.15μm以上、0.2μm以下。表面粗糙度Ra处于该范围时，能够使第一部分10c的层厚度均匀，能够成为不易劣化的膜。
如果膜的表面粗糙度Ra超过0.5μm，在端子的镀层等表面曝露于药液时，膜容易劣化或被蚀刻。从耐腐蚀性、耐候性的观点出发，表面粗糙度Ra优选为0.5μm以下。膜的表面粗糙度Ra比0.15μm小时，加工的难度变高，要耗费工时而制造的效率下降，因此表面粗糙度Ra优选为0.15μm以上。另外，表面粗糙度Ra是算术平均粗糙度。
此外，第一部分10c为了作为发射导体31的保护层起作用，优选是致密的。因此，第一部分10c的气孔率(空孔率)优选比第二部分10d的气孔率小。例如，第一部分10c的气孔率优选为2％以下，更优选为1.5％以下，进一步优选为1.0％以下。当气孔率较高时，表面粗糙度Ra也具有变大的倾向，因此从抑制Ra的观点出发，优选使气孔率较小。另外，气孔率(％)通过观察层的截面，用(气孔的面积的合计)/(所观察的面积)×100的计算来求取。
如以下详细说明的那样，第一部分10c的厚度d1优选为70μm以下。由此，能够实现与作为平面天线一般使用的Au/Ni镀天线同等以上的发射效率。如上所述，发射导体31埋设于第一部分10c和第二部分10d，因此第一部分10c的厚度d1中发射导体31所位于的部分与其它部分不同。本发明中，第一部分10c的厚度d1意味着发射导体31所位于区域的厚度。
另外，发射效率依赖于多层陶瓷构造10的第一部分10c的相对介电常数。如后所述将共烧陶瓷基板101以低温烧制，因此优选例如陶瓷层的相对介电常数较小。为了即使使用相对介电常数为5～10左右的低相对介电常数的陶瓷也实现与实施了Au/Ni镀层的平面天线同等以上的发射效率，更优选第一部分10c的厚度d1小于20μm。
第一部分10c的厚度d1越小损失越少，因此从天线特性的观点出发，特别是下限不受限。但是，当第一部分10c的厚度d1过小时，可能难以使厚度均匀。为了形成均匀的厚度的第一部分10c，第一部分10c的厚度d1优选例如为5μm。即，第一部分的厚度d1优选为5μm以上、70μm以下，更优选为5μm以上、小于20μm。第一部分10c可以由1个陶瓷层构成，也可以由2个以上的陶瓷层构成。
当多层陶瓷构造10的第一部分10c较薄时(厚度较小时)，在共烧陶瓷基板101的制造时，在压接包含作为发射导体31的导电图案的生片层叠体时，基于作为发射导体31的导电图案的厚度的应力，在上表面10a侧集中于作为第一部分10c的陶瓷生片。因此，容易在作为第一部分10c的陶瓷生片和/或烧结后的第一部分10c产生裂纹。
因此，如图3(a)所示，在多层陶瓷构造10中的发射导体31中，优选埋设于第一部分10c的部分的高度Hc比埋设于第二部分10d的部分的高度Hd小。高度Hc和Hd定义为从基于上述定义的第一部分10c与第二部分10d的分界面的位置Lb到发射导体31的上表面31a或下表面31b的距离。
或者，如图4(a)所示，优选多层陶瓷构造10中的发射导体31大致全体埋设在第二部分10d中。即优选埋设在第一部分10c的部分的高度Hc大致为零，埋设在第二部分10d的部分的高度Hd与发射导体31的高度大致相等。如后所述，根据该构造，在共烧陶瓷基板101的制造时，能够减少施加于成为第一部分10c的陶瓷生片的应力，因此能够抑制上述裂纹的产生。
作为发射导体31与地导体32的间隔的、发射导体31与地导体32之间的陶瓷层的厚度d2例如为50μm以上、1mm以下。由此，能够构成准毫米波/毫米波带的微带天线。厚度d2优选为70μm以上、180μm以下，更优选是100μm以上、150μm以下。由于厚度d2是处于该范围的值，平面天线11能够达到高发射效率和高最大增益。
共烧陶瓷基板101还可以包括：无源部件图案33和配线图案35，其位于比地导体32靠下表面10b侧的位置的多个陶瓷层的交界；和导电性通路34，其设置在位于比地导体32靠下表面10b侧的位置的多个陶瓷层。无源部件图案33例如是导电性层或具有规定的电阻值的陶瓷，构成电感器、电容器、电阻等。此外，导电性通路34和配线图案35与无源部件图案33、地导体32等连接，构成规定的电路。
如图1(b)所示，例如，用于与外部的基板连接的电极21、用于连接无源部件的电极22和用于连接集成电路等的无源部件的电极23位于多层陶瓷构造10的下表面10b。导电性通路34将电极21、22、23和配线图案35等电连接。
利用在位于比地导体32靠下表面10b侧的多个陶瓷层所设置的这些构成要素，构成含有无源部件在内的配线电路12。配线电路12如上所述在电极22和电极23连接无源部件和集成电路等，由此构成无线通信电路。
配线电路12和平面天线11的发射导体31可以通过在多层陶瓷构造10内形成的导电性通路34和配线图案35中的至少一者直接电连接。图5(a)示意性地表示由导电性通路34连接发射导体31和配线电路12的结构。在地导体32设置贯通孔32c，在贯通孔32c配置导电性通路34。将导电性通路34的一端与发射导体31连接，将另一端与未图示的配线电路12连接。
或者，导电性通路34和配线图案35的至少一者可以配置在能够与发射导体31电磁耦合的位置。此时，例如，如图5(b)所示，能够在地导体32设置缝隙32d，经由缝隙32d配置发射导体31和带状导体37。带状导体37与未图示的配线电路12连接。或者，可以在发射导体31与地导体32之间设置带状导体37。
共烧陶瓷基板101可以是低温烧制陶瓷(LTCC，Low Temperature Co-firedCeramics)基板，也可以是高温烧制陶瓷(HTCC，High Temperature Co-fired Ceramics)基板。从高频特性的观点出发，有时优选使用低温烧制陶瓷基板。作为多层陶瓷构造10的陶瓷层、发射导体31、地导体32、无源部件图案33、配线图案35、导电性通路34，使用与烧制温度、用途等和无线通信的频率等相应的陶瓷材料和导电性材料。用于形成发射导体31、地导体32、无源部件图案33、配线图案35、导电性通路34的导电性膏和用于形成多层陶瓷构造10的陶瓷层的生片共烧(Co-fired)。共烧陶瓷基板101为低温烧制陶瓷基板时，使用能够在800℃～1000℃程度的温度范围烧结的陶瓷材料和导电性材料。例如能够使用以Al、Si、Sr为主要成分且以Ti、Bi、Cu、Mn、Na、K为副成分的陶瓷材料，以Al、Si、Sr为主成分且以Ca、Pb、Na、K为副成分的陶瓷材料，包含Al、Mg、Si、Gd的陶瓷材料，包含Al、Si、Zr、Mg的陶瓷材料。此外，能够使用包含Ag或Cu的导电性材料。陶瓷材料的介电常数是3～15程度。共烧陶瓷基板101为高温烧制多层陶瓷基板时，能够使用以Al为主要成分的陶瓷材料和包含W(钨)或Mo(钼)的导电性材料。
更具体地说，作为LTCC材料，例如能够使用低介电常数(相对介电常数5～10)的Al-Mg-Si-Gd-O类电介质材料、包括Mg2SiO4形成的结晶相和Si-Ba-La-B-O类形成的玻璃等的电介质材料、Al-Si-Sr-O类电介质材料、Al-Si-Ba-O类电介质材料、高介电常数(相对介电常数50以上)的Bi-Ca-Nb-O类电介质材料等各种材料。
例如，Al-Si-Sr-O类电介质材料在作为主要成分含有Al、Si、Sr、Ti的氧化物时，将作为主成分的Al、Si、Sr、Ti分别换算为Al2O3、SiO2、SrO、TiO2时，优选含有Al2O3:10～60质量％、SiO2:25～60质量％、SrO:7.5～50质量％、TiO2:20质量％以下(包含0)。此外，相对于该主要成分100质量部，作为副成分，优选含有Bi、Na、K、Co的组中的至少一种，且将其换算为Bi2O3是0.1～10质量部、换算为Na2O是0.1～5质量部、换算为K2O是0.1～5质量部、换算为CoO是0.1～5质量部，进而优选含有Cu、Mn、Ag的组中的至少一种，且将其换算为CuO为0.01～5质量部、换算为Mn3O4是0.01～5质量部、Ag为0.01～5质量部。也能够含有其它不可避免的杂质。
多层陶瓷构造10的第一部分10c可以具有与第二部分10d相同的组成，由相同材料形成。或者，为了提高平面天线11的发射效率，多层陶瓷构造10的第一部分10c可以具有与第二部分10d不同的组成，由不同的材料形成。通过第一部分10c具有与第二部分10d不同的组成，能够具有与第二部分10d不同的介电常数，能够提高发射效率。
为了使第一部分10c的气孔率比第二部分10d气孔率小，使成为第一部分10c的陶瓷生片中的结合剂、可塑剂等有机成分的添加量比成为第二部分10d的陶瓷生片少。
共烧陶瓷基板101能够使用与LTCC基板或HTCC基板同样的制造方法制造。
例如，首先准备包含上述元素的陶瓷材料，根据需要，例如在700℃～850℃进行预烧、粉碎来进行造粒。在陶瓷材料中添加玻璃成分的粉末、有机粘合剂、可塑剂、溶剂，得到它们的混合物的浆料。由于为了要使介电常数不同等，将多层陶瓷构造10的第一部分10c和第二部分10d用不同的材料形成时，准备含有不同的材料的2种浆料。此外，将上述导电性材料的粉末与有机粘合剂和溶剂等混合，得到导电膏。
使用刮刀法、压延(挤压)法、印刷法、喷墨式涂敷法、转印法等，用浆料在载膜上形成规定厚度的层并使其干燥。通过切断浆料的层，得到陶瓷生片。
接着，依据在共烧陶瓷基板101内构成的电路，使用激光、机械式穿孔机等在多个陶瓷生片形成通路孔，使用丝网印刷法在各通路孔中填充导电膏。此外，通过丝网印刷等将导电膏印刷于陶瓷生片，将配线图案、无源部件图案、发射导体的图案和地导体的图案形成于陶瓷生片。
将上述配置有导电膏的陶瓷生片一边进行预压接一边依次层叠，形成生片层叠体。之后从生片层叠体除去粘合剂，烧制脱粘合剂后的生片层叠体。由此完成共烧陶瓷基板101。
如参照图3(a)和图4(a)进行说明的那样，在制作具有发射导体31在第二部分10d埋得更深的构造的共烧陶瓷基板101时，一边进行预压接一边层叠陶瓷生片，制造至对应于多层陶瓷构造10的第二部分10d的部分。
之后，在制作图3(a)所示的构造时，如图3(b)所示，在与第二部分10d对应的生片层叠体10d’上形成成为厚度t的发射导体31的导电膏的图案31’。在其上以覆盖图案31’的方式配置例如PET等树脂制的片13。如图3(c)所示，使用模具等从片13之上将图案31’向生片层叠体10d’按压。相比于构成生片层叠体10d’的陶瓷生片，片13的硬度更高，因此相比于片13，生片层叠体10d’的表面更容易变形。结果，图案31’以t/2以上的深度被埋设于生片层叠体10d’。之后，如图3(d)所示，除去片13，如图3(e)所示，覆盖图案31’地在生片层叠体10d’上配置陶瓷生片14。用模具等将陶瓷生片14向生片层叠体10d’按压使其压接，由此如图3(f)所示，得到生片层叠体10’。在生片层叠体10’中，图案31’以t/2以上的深度被埋设在对应于第二部分10d的部分10d”中，以t/2以下的深度被埋设在对应于第一部分10c的部分10c’中。
之后，从生片层叠体10’除去粘合剂，烧制脱粘合剂后的生片层叠体。由此完成共烧陶瓷基板101。
在制造图4(a)所示的构造时，如图4(b)所示，在对应于第二部分10d的生片层叠体10d’上形成成为厚度t的发射导体31的导电膏的图案31’。使用模具等将图案31’向生片层叠体10d’按压，如图4(c)所示，将图案31’的大致全体从生片层叠体10d’的表面埋设到内部。
在其上，以覆盖图案31”的方式在生片层叠体10d”上配置陶瓷生片14。用模具等将陶瓷生片14向生片层叠体10d”按压使其压接。由此得到图4(d)所示的生片层叠体10”。在生片层叠体10”，图案31’大致全体被埋设在对应于第二部分10d的部分10d”。
之后，从生片层叠体10’除去粘合剂，烧制脱粘合剂后的生片层叠体。由此完成共烧陶瓷基板101。
根据本实施方式的共烧陶瓷基板，具有准毫米波/毫米波无线通信用的配线电路、无源部件和平面天线。因此，通过在共烧陶瓷基板安装准毫米波/毫米波无线通信用的芯片组等，实现具有天线的无线模块。
此外，因为多层陶瓷构造10的第一部分10c完全覆盖发射导体31的全体，所以能够相对于外部环境和外力保护发射导体31，能够抑制发射效率下降、天线的特性变化。
另外，本实施方式中说明的平面天线的发射导体31和地导体32的形状、数量、配置仅是示意性的一个例子。例如，可以将多个发射导体中的一部分配置在位于距地导体32不同的距离(d2)的陶瓷层的分界面。此外，也可以在发射导体设置缝隙。此外，平面天线除了发射导体之外还具有不被供电的导体，也可以与发射导体隔着陶瓷层层叠。
(第二实施方式)
说明准毫米波/毫米波无线通信组件的实施方式。图6(a)是表示本发明的无线通信组件的实施方式的示意性的下表面图，图6(b)是表示安装于基板的无线通信组件的示意性的截面图。无线通信组件102具有第一实施方式的共烧陶瓷基板101、焊料凸部(Solderbump)41、无源部件42和有源部件43。焊料凸部41设置于位于共烧陶瓷基板101的下表面10b的电极21。无源部件42例如是芯片电容、芯片电感、芯片电阻等，与电极22经由焊料等接合。有源部件43例如是无线通信用的芯片组，包括接收电路、发送电路、A/D转换器、D/A转换器、基带处理器、媒体访问控制器等。
无线通信组件102例如通过倒装接合(键合)以面向下的方式即以无源部件42和有源部件43与电路基板51相对的方式接合于设置有电极52的电路基板51。在共烧陶瓷基板101与电路基板51之间例如填充密封树脂53。
在安装于电路基板51的无线通信组件102中，共烧陶瓷基板101的上表面10a位于与电路基板51相反的一侧。因此，能够不受无源部件42和有源部件43或电路基板51的影响地将准毫米波/毫米波带的电波从平面天线11发射，而且能够用平面天线11接收从外部到达的准毫米波/毫米波带的电波。由此能够实现具有天线、小型且能够进行表面安装的无线通信组件。
(实验例1)
为了调查在发射导体的表面设置有陶瓷层时的发射效率，使用与第一实施方式的平面天线11(图1)相应的构造，计算求取改变了第一部分10c的厚度d1时的发射效率。发射导体31设计成能够发送60GHz的电波。陶瓷层的介电常数设定为4。在图7(a)表示第一部分10c的厚度d1与发射效率的关系。而且在图7(b)表示第一部分10c的厚度d1与最大增益的关系。为了进行比较，测定在发射导体上实以镀层，使表面露出的平面天线的发射效率，结果为0.85左右。该镀层具有Au:0.1μm/Pd:0.15μm/Ni:12μm的3层构造，作为发射导体使用厚度12μm的Ag层。
如图7所示，随着覆盖发射导体的由陶瓷层形成的第一部分10c的厚度变大，发射效率(和最大增益)下降。为了得到与比较例相同程度以上的发射效率，第一部分10c的厚度d1优选为70μm以下。此外，特别是厚度d1小于20μm时，能够得到更高的发射效率(和最大增益)。
图8表示在与第一实施方式的平面天线11(图1)相应的构造中，计算使第一部分10c的材料的介电损失tanδ变化时的发射效率而得的结果。如图8所示介电损失越小，天线的发射效率越高。如图8所示，有机树脂具有比较大的介电损失，例如，介电损失tanδ为50×10-4以上。将这样具有比较大的介电损失的材料设置于发射导体的表面时，发射效率容易大幅下降。与此不同，LTCC基板用的陶瓷的介电损失小，因此能够得到高发射效率。
(实验例2)
为了调查第一部分10c的相对介电常数和平面天线11的特性的关系，使陶瓷层的相对介电常数不同，而与实验例1同样地计算求取发射效率和最大增益。图9(a)和(b)分别表示陶瓷层的tanδ为0.002时的发射效率与厚度d1的关系和最大增益与厚度d1的关系，图10(a)和(b)分别表示陶瓷层的tanδ为0.005时的发射效率与厚度d1的关系和最大增益与厚度d1的关系。在各图中，表示相对介电常数为6、8、10时的计算结果。此外，图11(a)和(b)分别表示陶瓷层的相对介电常数为6、将tanδ设定为0.002、0.003、0.005时的厚度d1与发射效率的关系和厚度d1与最大增益的关系。
根据这些结果，表示随着第一部分10c的相对介电常数变大，发射效率和最大增益下降的倾向。但是，只要厚度d1小于20μm，则即使第一部分10c的相对介电常数为10左右，也能够实现与施以Au/Ni镀层的平面天线同等以上的发射效率和最大增益。
(实验例3)
为了调查发射导体31与地导体32之间的陶瓷层的厚度d2与平面天线11的特性的关系，计算求取使第二部分10d的厚度d2改变时的发射效率和最大增益。图12(a)和(b)表示第一部分10c的厚度d1为20μm时的厚度d2与发射效率的关系和厚度d2与最大增益的关系。
发射效率随着厚度d2变大而提高，在150μm左右以上变成大致一定。与此不同，最大增益在规定的厚度d2的范围变得更大。根据图12(a)和(b)可知，厚度d2优选为70μm以上、180μm以下，更优选为100μm以上、150μm以上。由此能够得到高发射效率和最大增益。
根据这些结果可知，通过将准毫米波/毫米波通信用的平面天线的发射导体用陶瓷材料覆盖，能够抑制发射效率的下降、并且保护发射导体。
工业上的可利用性
本发明的平面天线、共烧陶瓷基板和准毫米波/毫米波无线通信组件能够适用于各种高频无线通信用的天线和包括天线的无线通信电路，特别适用于准毫米波/毫米波带的无线通信。
附图标记说明
10 多层陶瓷构造
10a 上表面
10b 下表面
10c 第一部分
10d 第二部分
11 平面天线
12 配线电路
21、22、23 电极
31 发射导体
31r 区域
32 地导体
33 无源部件图案
34 导电性通路
35 配线图案
41 焊料凸部
42 无源部件
43 有源部件
51 电路基板
52 电极
53 密封树脂
101 共烧陶瓷基板
102 无线通信组件。

Claims (22)

1.一种平面天线，其特征在于，包括：
具有上表面和下表面的、包含层叠的多个陶瓷层的多层陶瓷构造；
位于所述多个陶瓷层的分界面中的1个分界面的至少一个发射导体；和
位于所述多层陶瓷构造的下表面、或所述多个陶瓷层的比所述发射导体靠下表面侧的一个分界面的地导体。
2.如权利要求1所述的平面天线，其特征在于：
所述多层陶瓷构造包括：所述多个陶瓷层中位于所述上表面与所述至少一个发射导体之间的第一部分；和位于所述下表面与所述至少一个发射导体之间的第二部分。
3.如权利要求2所述的平面天线，其特征在于：
所述第一部分的厚度为70μm以下。
4.如权利要求2所述的平面天线，其特征在于：
所述第一部分的厚度为5μm以上、小于20μm。
5.如权利要求2～4中任一项所述的平面天线，其特征在于：
所述多层陶瓷构造的所述第一部分具有与所述第二部分不同的组成。
6.如权利要求2～4中任一项所述的平面天线，其特征在于：
所述多层陶瓷构造的所述第一部分具有与所述第二部分相同的组成。
7.如权利要求1～6中任一项所述的平面天线，其特征在于：
包括多个所述发射导体。
8.如权利要求1～6中任一项所述的平面天线，其特征在于：
所述发射导体与所述地导体的间隔为50μm以上、1mm以下。
9.如权利要求1～8中任一项所述的平面天线，其特征在于：
所述发射导体埋设于所述第一部分和所述第二部分，
所述发射导体的埋设于第一部分10c中的部分的高度Hc小于埋设于第二部分10d中的部分的高度Hd。
10.一种共烧陶瓷基板，其特征在于，包括：
具有上表面和下表面的、包含层叠的多个陶瓷层的多层陶瓷构造；
位于所述多个陶瓷层的分界面中的1个分界面的至少一个发射导体；
位于所述多层陶瓷构造的下表面、或者位于所述多个陶瓷层的比所述发射导体靠下表面侧的一个分界面的地导体；
位于所述多个陶瓷层的比所述发射导体靠所述下表面侧的分界面的多个导电体图案；和
设置于所述多个陶瓷层之中的、位于比所述发射导体靠所述下表面侧的位置的陶瓷层的多个导电性通路，
由所述发射导体、所述地导体和位于所述发射导体与所述地导体之间的所述多个陶瓷层的一部分构成平面天线，
由所述多个导电体图案和所述多个导电性通路构成无源部件和配线。
11.如权利要求10所述的共烧陶瓷基板，其特征在于：
所述多层陶瓷构造包括：所述多个陶瓷层中位于所述上表面与所述至少一个发射导体之间的第一部分；和位于所述下表面与所述至少一个发射导体之间的第二部分。
12.如权利要求11所述的共烧陶瓷基板，其特征在于：
所述第一部分的厚度为70μm以下。
13.如权利要求11所述的共烧陶瓷基板，其特征在于：
所述第一部分的厚度为5μm以上、小于20μm。
14.如权利要求10～13中任一项所述的共烧陶瓷基板，其特征在于：
所述发射导体与所述地导体的间隔为50μm以上、1mm以下。
15.如权利要求10～14中任一项所述的共烧陶瓷基板，其特征在于：
所述发射导体埋设于所述第一部分和所述第二部分，
所述发射导体的埋设于第一部分10c中的部分的高度Hc小于埋设于第二部分10d中的部分的高度Hd。
16.如权利要求11～15中任一项所述的共烧陶瓷基板，其特征在于：
多层陶瓷构造的所述第一部分具有与所述第二部分不同的组成。
17.如权利要求11～15中任一项所述的共烧陶瓷基板，其特征在于：
多层陶瓷构造的所述第一部分具有与所述第二部分相同的组成。
18.如权利要求10～17中任一项所述的共烧陶瓷基板，其特征在于：
包括多个所述发射导体。
19.如权利要求10～18中任一项所述的共烧陶瓷基板，其特征在于：
还包括形成于所述多层陶瓷构造内的、将所述发射导体与所述配线直接电连接的导电性通路和导电性图案的至少一者。
20.如权利要求10～18中任一项所述的共烧陶瓷基板，其特征在于：
还包括形成于所述多层陶瓷构造内的、与所述配线电连接且能够与所述发射导体电磁耦合的导电性通路和导电性图案的至少一者。
21.如权利要求20所述的共烧陶瓷基板，其特征在于：
还包括位于所述下表面的、与所述配线电连接的多个电极。
22.一种准毫米波/毫米波无线通信组件，其特征在于，包括：
权利要求21所述的共烧陶瓷基板；和
与位于所述多层陶瓷构造的所述下表面的所述多个电极连接的有源部件。
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