CN117693862A

CN117693862A - 波导元件

Info

Publication number: CN117693862A
Application number: CN202280050791.1A
Authority: CN
Inventors: 谷健太郎; 近藤顺悟
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2021-08-12
Filing date: 2022-08-04
Publication date: 2024-03-12

Abstract

本发明实现了即便对频率为30GHz以上的高频率的电磁波进行引导的情况下也能够确保优异的低传播损耗性能的波导元件。本发明的实施方式的波导元件具备：能够对频率为30GHz以上且20THz以下的电磁波进行引导的波导部件。该波导部件具备：无机材料基板、以及设置于无机材料基板的上部的导体层。该无机材料基板的厚度t满足下式(1)。(式中，t表示无机材料基板的厚度。λ表示由波导部件引导的电磁波的波长。ε表示无机材料基板的相对介电常数。a表示3以上的数值)。

Description

波导元件

技术领域

本发明涉及波导元件。

背景技术

作为对毫米波～太赫兹波进行引导的元件之一，正在开发波导元件。波导元件可期待在光波导、下一代高速通信、传感器、激光加工、太阳能发电等广泛领域中的应用及展开。作为上述波导元件的一例，提出了使用微带天线的技术，该微带天线具备：厚度2mm的透明基板；天线导体，其设置于透明基板上；以及透明导电膜，其设置于透明基板的与天线导体相反一侧的面(专利文献1)。

但是，根据上述技术，存在如下问题：如果对毫米波～太赫兹波进行引导，则传播损耗显著增大。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2019/107514号

发明内容

本发明的主要目的在于：提供即便对频率为30GHz以上的高频率的电磁波进行引导的情况下也能够确保优异的低传播损耗性能的波导元件、即能够充分降低传播损耗的波导元件。

本发明的实施方式的波导元件具备能够对频率为30GHz以上且20THz以下的电磁波进行引导的波导部件。所述波导部件具备：无机材料基板；以及导体层，该导体层设置于所述无机材料基板的上部。所述无机材料基板的厚度t满足下式(1)。

[数学式1]

(式中，t表示无机材料基板的厚度。λ表示由波导部件引导的电磁波的波长。ε表示300GHz处的无机材料基板的相对介电常数。a表示3以上的数值。)

在上述[1]所述的波导元件的基础上，上式(1)中，a可以表示6以上的数值。

在上述[1]或[2]所述的波导元件的基础上，上述无机材料基板的300GHz处的相对介电常数ε可以为3.5以上且12.0以下，上述无机材料基板的300GHz处的介电损耗角正切(介电损耗)tanδ可以为0.003以下。

在上述[3]所述的波导元件的基础上，上述无机材料基板可以为石英玻璃基板。

在上述[1]至[4]中的任一项所述的波导元件的基础上，上述导体层可以为共平面型电极。

在上述[5]所述的波导元件的基础上，在上述波导部件中传播的电磁波的频率为30GHz以上且5THz以下时，上述无机材料基板的厚度可以为10μm以上。

在上述[1]至[6]中的任一项所述的波导元件的基础上，上述无机材料基板的厚度可以为31μm以上。

在上述[1]至[7]中的任一项所述的波导元件的基础上，上述无机材料基板的厚度可以为100μm以下。

上述[5]或[6]所述的波导元件可以在上述无机材料基板的与形成有上述导体层的面相反一侧的面具备接地电极。

在上述[1]至[4]中的任一项所述的波导元件的基础上，上述导体层可以为微带型电极，上述波导元件在上述无机材料基板的与形成有上述导体层的面相反一侧的面具备接地电极。

上述[1]至[10]中的任一项所述的波导元件可以具备支撑基板，该支撑基板设置于上述波导部件的下部，对上述波导部件进行支撑。

上述[5]或[6]所述的波导元件可以具备支撑基板，该支撑基板设置于上述波导部件的下部，对上述波导部件进行支撑，在上述支撑基板的形成有上述波导部件的一侧的面具备接地电极。

在上述[1]至[4]中的任一项所述的波导元件的基础上，上述导体层可以为微带型电极，上述波导元件具备支撑基板，该支撑基板设置于上述波导部件的下部，且对上述波导部件进行支撑，在上述支撑基板的形成有上述波导部件的一侧的面具备接地电极。

上述[11]至[13]中的任一项所述的波导元件可以在上述支撑基板的与设置有波导部件的一侧的面相反一侧的面具备背面导体层。

本发明的另一实施方式的波导元件能够对频率为30GHz以上且20THz以下的电磁波进行引导。该波导元件具备：无机材料基板；导体层，该导体层设置于该无机材料基板的上部；支撑基板，该支撑基板相对于该无机材料基板而位于与该导体层相反一侧；第一金属层，该第一金属层位于该无机材料基板与该支撑基板之间；第二金属层，该第二金属层相对于该支撑基板而位于与该无机材料基板相反一侧；以及多个基板贯通导通孔，该多个基板贯通导通孔将该第一金属层和该第二金属层电连接。该导体层具备：沿规定方向延伸且构成能够传播上述电磁波的传输线路的信号电极。上述第一金属层、上述第二金属层以及上述多个基板贯通导通孔构成能够传播电磁波的基板集成波导管。上述无机材料基板的厚度t满足下式(1)。

[数学式1]

(式中，t表示无机材料基板的厚度。λ表示由波导部件引导的电磁波的波长。ε表示无机材料基板的相对介电常数。a表示3以上的数值。)

在上述[15]所述的波导元件的基础上，上述无机材料基板的厚度可以为100μm以下。

在上述[15]或[16]所述的波导元件的基础上，上述无机材料基板的厚度可以为31μm以上。

在上述[15]至[17]中的任一项所述的波导元件的基础上，上述导体层可以进一步具备：与上述信号配线空开间隔地配置的接地电极。

上述[18]所述的波导元件可以进一步具备：将上述接地电极和上述第一金属层电连接的导通孔。

上述[15]至[19]中的任一项所述的波导元件可以进一步具备：以上述电磁波能够传播的方式将上述传输线路和上述基板集成波导管结合的导体销。该导体销自上述信号电极起贯穿上述无机材料基板而到达上述支撑基板中的基板集成波导管。

在上述[20]所述的波导元件的基础上，上述第一金属层可以具有开口部，该开口部供上述导体销插穿，且在上述导体销的周围形成空气层。

在上述[15]至[21]中的任一项所述的波导元件的基础上，上述支撑基板可以在上述无机材料基板的厚度方向上彼此空开间隔地配置有多个，在多个支撑基板分别设置有基板集成波导管。

在上述[22]所述的波导元件的基础上，在多个上述支撑基板中的彼此相邻的支撑基板之间可以设置有隔离基板。

在上述[15]至[23]中的任一项所述的波导元件的基础上，在上述无机材料基板与上述支撑基板之间可以不存在有机系粘接剂，上述无机材料基板和上述支撑基板借助上述第一金属层而直接接合。

发明效果

根据本发明的实施方式，能够实现：即便对频率为30GHz以上的高频率的电磁波进行引导的情况下也能够确保优异的低传播损耗性能的波导元件、即能够充分降低传播损耗的波导元件。

附图说明

图1是本发明的实施方式的波导元件的概要立体图。

图2是图1的波导元件的II－II′截面图。

图3是本发明的另一实施方式的波导元件的概要立体图。

图4是图3的波导元件的IV－IV′截面图。

图5是本发明的再一实施方式的波导元件的概要立体图。

图6是图5的波导元件的VI－VI′截面图。

图7是本发明的再一实施方式的波导元件的概要立体图。

图8是图7的波导元件的VIII－VIII′截面图。

图9(a)是图1的波导元件具备接合部的方式的概要截面图。图9(b)是图3的波导元件具备接合部的方式的概要截面图。

图10(a)是图5的波导元件具备接合部的方式的概要截面图。图10(b)是图7的波导元件具备接合部的实施方式的概要截面图。

图11(a)是图3的波导元件中接合部设置于无机材料基板与接地电极之间的方式的概要截面图。图11(b)是图5的波导元件中接合部设置于无机材料基板与接地电极之间的方式的概要截面图。图11(c)是图7的波导元件中接合部设置于无机材料基板与接地电极之间的方式的概要截面图。

图12是本发明的再一实施方式的波导元件的概要立体图。

图13是图12的波导元件的XIII－XIII′截面图。

图14是图12的波导元件的分解立体图。

图15是将图13的导体销以绝缘材料来覆盖的状态的概要截面图。

图16是本发明的再一实施方式的波导元件的概要立体图。

图17是图16的波导元件的XVII－XVII′截面图。

图18是本发明的再一实施方式的波导元件的概要截面图。

图19是本发明的再一实施方式的波导元件的概要截面图。

具体实施方式

以下，对本发明的实施方式进行说明，本发明不限定于这些实施方式。

A.波导元件的整体构成

A－1.波导元件100的整体构成

图1是本发明的1个实施方式的波导元件的概要立体图；图2是图1的波导元件的II－II′截面图。

图示例的波导元件100具备波导部件10。波导部件10能够对频率为30GHz以上且20THz以下的电磁波进行引导，换言之，能够对毫米波～太赫兹波的电磁波进行引导。应予说明，所谓毫米波，代表性地为频率30GHz～300GHz左右的电磁波；所谓太赫兹波，代表性地为频率300GHz～20THz左右的电磁波。

波导部件10具备：无机材料基板1；以及导体层6，其设置于无机材料基板1的上部。无机材料基板1的厚度满足下式(1)。

[数学式1]

如果无机材料基板的厚度满足上式(1)，则即便波导部件对上述高频率的电磁波进行引导的情况下，也能够抑制平板模式的诱发，在波导部件支撑于支撑基板的构成中，能够抑制基板共振的发生。

因此，上述波导元件即便在对上述高频率的电磁波进行引导的情况下，也能够抑制传播损耗增大，从而能够确保优异的传播损耗性能。

另外，针对波导元件，正在进行小型化的开发，将来预计会进行电路的集成化，因此，猜想波导部件(线路结构)也要求随之而来的小型化。根据上述波导元件，由于实现了波导部件(线路结构)所具备的无机材料基板的薄板化，所以，能够确保优异的低传播损耗性能，并且，还能够应对小型化的期望。

在1个实施方式中，上式(1)中，a表示6以上的数值。

如果无机材料基板的厚度满足a表示6以上的数值的式(1)，则能够稳定地实现对上述高频率的电磁波进行引导时的传播损耗降低。

关于无机材料基板1的300GHz处的相对介电常数ε，代表性的为3.5以上，代表性的为12.0以下，优选为10.0以下，更优选为5.0以下。关于无机材料基板1的100GHz～10THz处的相对介电常数，例如为10.0以下，优选为3.7以上且10.0以下，更优选为3.8以上且9.0以下。

关于无机材料基板1的300GHz处的介电损耗角正切(介电损耗)tanδ，代表性的为0.0030以下，优选为0.0020以下，更优选为0.0015以下。无机材料基板的介电损耗角正切(tanδ)在使用的频率处优选为0.01以下，更优选为0.008以下，进一步优选为0.006以下，特别优选为0.004以下。

如果无机材料基板的相对介电常数ε及介电损耗角正切(介电损耗)tanδ为上述的范围，则能够更稳定地实现对上述高频率的电磁波(特别是300GHz以上的电磁波)进行引导时的传播损耗降低。另外，如果无机材料基板的介电常数为上述范围，则能够抑制传播的电磁波的延迟。如果介电损耗角正切为上述范围，则能够减小波导中的传播损耗。介电损耗角正切越小越理想。介电损耗角正切可以为例如0.001以上。

应予说明，可以利用太赫兹时域分光法来测定相对介电常数ε及介电损耗角正切(介电损耗)tanδ。另外，本说明书中，关于相对介电常数及介电损耗角正切，在没有提及测定频率的情况下，是指300GHz处的相对介电常数及介电损耗角正切。

关于满足上式(1)的无机材料基板1的厚度，具体而言，可以为1μm以上，可以为2μm以上，可以为10μm以上，可以为20μm以上，可以为31μm以上。另外，关于无机材料基板1的厚度，例如为1700μm以下，可以为500μm以下，可以为200μm以下，可以为100μm以下。从通过减小电极的尺寸而实现小型化的观点出发，无机材料基板1的厚度优选为80μm以下，更优选为60μm以下。另外，在波导部件中传播的电磁波的频率为30GHz以上且5THz以下的情况下，无机材料基板1的厚度优选为10μm以上。为了确保强度，无机材料基板1的厚度优选为30μm以上，更优选为40μm以上。

如果无机材料基板1的厚度低于上述下限，则构成波导元件的电极的厚度、宽度会低至数μm左右，除了因表皮效应的影响而导致传播损耗变大以外，由制造偏差造成的线路性能的允许误差明显降低。

如果无机材料基板1的厚度为上述上限以下，则平板模式的诱发、基板共振的发生得以抑制，能够实现：传播损耗在较宽频率范围内较小的(即，宽频带的)波导元件。

图示例的波导部件10构成共平面线路。即，波导部件10的导体层6为共平面型电极2。

共平面型电极2设置于无机材料基板1的上表面。共平面型电极2包括：信号电极2a、第一接地电极2b、以及第二接地电极2c。信号电极2a具有沿规定方向延伸的线形状。关于信号电极2a的宽度w，例如为2μm以上，优选为20μm以上，例如为200μm以下，优选为150μm以下。第一接地电极2b在与信号电极2a的长度方向正交的方向上相对于信号电极2a而空开间隔地配置。第二接地电极2c在与信号电极2a的长度方向正交的方向上相对于信号电极2a而位于第一接地电极2b的相反侧，且相对于信号电极2a而空开间隔地配置。据此，在信号电极2a与接地电极2b、2c之间形成有：沿信号电极2a的长度方向延伸的空隙部(狭缝)。关于该空隙部(狭缝)的宽度g，例如为2μm以上，优选为5μm以上，例如为100μm以下，优选为80μm以下。

上述共平面线路中，如果对共平面型电极2施加电压，则在信号电极2a与接地电极2b、2c之间产生电场。上述高频率的电磁波被输入到波导元件100时，与在信号电极2a与接地电极2b、2c之间产生的电场结合而在无机材料基板1中传播。

图示例的波导元件100还具备支撑基板20，支撑基板20设置于波导部件10的下部，且对波导部件10进行支撑。

如果波导元件具备支撑基板，则能够提高波导元件的机械强度，但是，在波导部件对上述高频率的电磁波进行引导时，有时以包括基板在内的厚度发生基板共振，导致传播损耗增加。

不过，上述构成中，无机材料基板的厚度满足上式(1)，且支撑基板和波导部件的介电常数不同，因此，即便波导部件对上述高频率的电磁波进行引导的情况下，也能够抑制基板共振的发生。所以，即便上述波导元件具备支撑基板且对上述高频率的电磁波进行引导的情况下，也能够抑制传播损耗增大。

从该观点出发，波导部件与支撑基板之间的介电常数差越大越理想，进而，支撑基板的介电常数小于波导部件的介电常数较为理想。另外，支撑基板的介电常数大于波导部件的介电常数的情况下，可以将介电常数较小的层设置于波导部件与支撑基板之间。

此外，为了完全抑制基板共振，可以如后所述采用带接地的共平面线路、微带线路。

图示例的波导元件100中，具备对波导部件进行支撑的支撑基板，不过，本发明的波导元件可以不具备支撑基板。换言之，波导元件可以仅由波导部件构成。后述的波导元件101及波导元件102中也是同样的。

A－2.波导元件101的整体构成

图3是本发明的另一实施方式的波导元件的概要立体图；图4是图3的波导元件的IV－IV′截面图。

图示例的波导元件101中，波导部件11构成带接地的共平面线路，其具备：共平面型电极2、无机材料基板1、以及接地电极3。接地电极3相对于无机材料基板1而位于共平面型电极2的相反侧。在1个实施方式中，接地电极3设置于：无机材料基板1的与形成有共平面型电极2(导体层6)的面相反一侧的面。图示例的波导元件101中，接地电极3位于无机材料基板1与支撑基板20之间。

如果波导部件11具备接地电极3，则能够抑制：在信号电极2a与接地电极2b、2c之间产生的电场从无机材料基板1泄漏到支撑基板20，从而抑制：由基板共振、浮动容量的发生导致的传播损耗降低。

关于信号电极2a的宽度w，例如为2μm以上，优选为20μm以上，例如为300μm以下，优选为250μm以下。关于空隙部(狭缝)的宽度g，例如为2μm以上，优选为5μm以上，例如为200μm以下，优选为150μm以下。

另外，如图7及图8所示，接地电极2b、2c和接地电极3可以导通。如果接地电极2b、2c和接地电极3导通，则能够强化接地，从而能够抑制由周围的线路、元件带来的浮动容量。

图示例中，在无机材料基板1形成有多个导通孔借用孔，通过位于各导通孔借用孔内的导通孔5，使得第一接地电极2b与接地电极3、以及第二接地电极2c与接地电极3分别短路。将第一接地电极2b与接地电极3短路的导通孔5、和将第二接地电极2c与接地电极3短路的导通孔5在与信号电极2a的长度方向交叉的方向上彼此空开间隔地配置。导通孔5代表性的为导电膜。多个导通孔借用孔的配置没有特别限制，图示例中，多个导通孔借用孔在信号电极2a的长度方向上排列。

A－3.波导元件102的整体构成

图5是本发明的再一实施方式的波导元件的概要立体图；图6是图5的波导元件的VI－VI′截面图。

图示例的波导元件102中，波导部件12构成微带线路，其具备：作为导体层6的微带型电极4、无机材料基板1、以及接地电极3。

微带型电极4具有沿规定方向延伸的平带形状。关于微带型电极4的宽度w，例如为2μm以上，优选为100μm以上，更优选为300μm以上，例如为800μm以下，优选为500μm以下。

接地电极3相对于无机材料基板1而位于微带型电极4的相反侧。在1个实施方式中，接地电极3设置于：无机材料基板1的与形成有微带型电极4(导体层6)的面相反一侧的面。图示例的波导元件102中，接地电极3位于无机材料基板1与支撑基板20之间。

上述微带线路中，如果对微带型电极4及接地电极3施加电压，则在微带型电极4与接地电极3之间产生电场。上述高频率的电磁波在被输入到波导元件102时与在微带型电极4与接地电极3之间产生的电场结合而在无机材料基板1中传播。

A－4.波导元件103的整体构成

图12是本发明的再一实施方式的波导元件的概要立体图；图13是图12的波导元件的XIII－XIII′截面图；图14是图12的波导元件的分解立体图。

图示例的波导元件103能够对频率为30GHz以上且20THz以下的电磁波进行引导，换言之，能够对上述的毫米波～太赫兹波的电磁波进行引导。特别是，波导元件103能够以优异的传播损耗而对频率为30GHz以上且2THz以下的电磁波(特别是频率为30GHz以上且1THz以下的电磁波)进行引导。

将波导元件用于各种工业产品的情况下，对将波导元件安装于IC基板、印刷基板等支撑基板的情况进行了探讨。但是，存在如下问题：当将波导元件安装于支撑基板而对毫米波～太赫兹波(特别是300GHz以上的电磁波)进行引导时，传播损耗会显著增大。

针对于此，波导元件103具备：上述的无机材料基板1、具有信号电极61的导体层6、支撑基板7、第一金属层3、第二金属层40、以及多个基板贯通导通孔55。

导体层6设置于无机材料基板1的上部(更具体的为上表面)。信号电极61沿规定方向(波导方向)延伸。信号电极61构成能够传播上述电磁波的传输线路。支撑基板7相对于无机材料基板1而位于导体层6的相反侧。第一金属层3位于无机材料基板1与支撑基板7之间。第二金属层40相对于支撑基板7而位于第一金属层3的相反侧。多个基板贯通导通孔55分别将第一金属层3和第二金属层40电连接。第一金属层3、第二金属层40以及多个基板贯通导通孔55构成能够传播电磁波的基板集成波导管(SIW)。无机材料基板1的厚度t满足上式(1)。

根据具有上述信号电极的波导元件，高频率的电磁波在无机材料基板中的传输线路中传播。根据上述构成，由于无机材料基板的厚度满足上式(1)，所以，即便在波导元件对高频率的电磁波进行引导的情况下，也能够抑制平板模式的诱发和/或基板共振的发生。另外，第一金属层配置于无机材料基板与支撑基板之间，第二金属层相对于支撑基板而配置于第一金属层的相反侧，因此，能够抑制电磁波泄漏到支撑基板。所以，能够抑制平板模式的诱发和/或基板共振的发生，并且，能够抑制电磁波向支撑基板泄漏。结果，在波导元件中，即便对频率为30GHz以上的高频率的电磁波进行引导的情况下，也能够充分降低传播损耗。

此外，第一金属层及第二金属层与多个基板贯通导通孔一同构成基板集成波导管(以下称为SIW。)。据此，通过在支撑基板设置SIW，能够将支撑基板有效用作波导管。

应予说明，如上所述，波导元件将来预计会进行电路的集成化。根据上述波导元件，实现了无机材料基板的薄板化，且能够高效地配置信号电极构成的传输线路和SIW，因此，能够确保优异的传播损耗性能，并且，还能够应对小型化的期望。

图示例的信号电极61与第一金属层3一同构成：作为传输线路的一例的微带线路。即，信号电极61及第一金属层3为微带型电极。信号电极及第一金属层为微带型电极的情况下，上述高频率的电磁波与在信号电极61与第一金属层3之间产生的电场结合而在无机材料基板1中传播。

在1个实施方式中，导体层6还具备：与信号电极61空开间隔地配置的接地电极62。图示例中，导体层6具备：第一接地电极62a、第二接地电极62b、以及第三接地电极62c。

第一接地电极62a及第二接地电极62b在与信号电极61的长度方向交叉(优选为正交)的方向上彼此空开间隔地配置。信号电极61的一端部位于第一接地电极62a与第二接地电极62b之间。在信号电极61、与第一接地电极62a及第二接地电极62b各自之间形成有规定的空隙部(间隙)。第一接地电极62a及第二接地电极62b可以与未图示的外部元件电连接。第三接地电极62c相对于信号电极61的另一端部而空开规定的间隔地配置。在信号电极61与第三接地电极62c之间形成有规定的空隙部(间隙)。第三接地电极62c从无机材料基板1的厚度方向观察时具有大致C字形状，且将信号电极61的另一端部包围。应予说明，导体层6可以不具备第三接地电极62c。另外，虽然未图示，不过，信号电极61可以与第一接地电极62a及第二接地电极62b一同构成：作为传输线路的一例的共平面型电极。

在1个实施方式中，波导元件103还具备：将接地电极62和第一金属层3电连接的导通孔5。据此，能够强化接地，从而能够抑制由周围的线路、元件带来的浮动容量。图示例中，第一接地电极62a、第二接地电极62b及第三接地电极62c分别借助多个导通孔5而与第一金属层3电连接。

导通孔5由导体材料构成，代表性地，由与导体层6同样的金属(后述)构成。导通孔5配置于第一导通孔借用孔8内(参照图13)。亦即，波导元件103与多个导通孔5对应地具有多个第一导通孔借用孔8。图示例中，第一导通孔借用孔8统一贯穿接地电极62、无机材料基板1及第一金属层3。导通孔5代表性的为：在导通孔借用孔8的整个内表面形成的导电膜。应予说明，第一导通孔借用孔可以不贯通接地电极及第一金属层而仅贯穿无机材料基板。这种情况下，导通孔以与接地电极及第一金属层接触的方式填充于第一导通孔借用孔。可以在第一导通孔借用孔8的整个孔内填充有导电性材料。导通孔5由导体膜形成的情况下，其内部可以由导电性材料填充。导电性材料可以为与导通孔5相同的金属，也可以为导电性糊料等不同的材料。

多个基板贯通导通孔55分别沿厚度方向贯穿支撑基板7，在支撑基板7中被周期性地配置。代表性地，多个基板贯通导通孔55包括第一导通孔列55a和第二导通孔列55b。第一导通孔列55a及第二导通孔列55b分别包括在规定方向上彼此空开间隔地排列的多个基板贯通导通孔55。第二导通孔列55b在与第一导通孔列55a延伸的方向正交的方向上离开第一导通孔列55a。在1个实施方式中，支撑基板7中，由第一金属层3、第二金属层40、第一导通孔列55a以及第二导通孔列55b包围的区域作为SIW而发挥作用。

基板贯通导通孔55由导体材料构成，代表性地，由与导体层6同样的金属(后述)构成。基板贯通导通孔55配置于第二导通孔借用孔9内(参照图13)。亦即，波导元件103与多个基板贯通导通孔55对应地具有多个第二导通孔借用孔9。图示例中，第二导通孔借用孔9统一贯穿第一金属层3、支撑基板7及第二金属层40。基板贯通导通孔55代表性的为：在第二导通孔借用孔9的整个内表面形成的导电膜。应予说明，第二导通孔借用孔可以不贯穿第一金属层及第二金属层而仅贯穿支撑基板。这种情况下，基板贯通导通孔以与第一金属层及第二金属层接触的方式填充于第二导通孔借用孔。另外，将第一金属层3和第二金属层40导通的基板贯通导通孔55由导体膜形成的情况下，其内部可以由树脂等材料填充。

波导元件103中，信号电极61构成的传输线路和SIW可以彼此独立，也可以按电磁波能够传播的方式结合。在1个实施方式中，如图13所示，信号电极61构成的传输线路(代表性的为微带型传输线路)和SIW通过导体销25而被结合。据此，能够将电磁波的传播模式在传输线路模式与波导管模式之间进行转换。例如，能够将在无机材料基板中传播的传输线路模式的电磁波(信号)借助导体销而转换为在支撑基板中传播的波导管模式的电磁波。支撑基板能够作为将以波导管模式传播的电磁波向基板面内方向进行空间放射的天线而发挥作用。

导体销25自信号电极61起贯穿无机材料基板1而到达支撑基板7中的SIW。导体销25能够成为电磁波的传播介质。导体销25由导体材料构成，代表性地，由与导体层6同样的金属(后述)构成。图示例中，导体销25沿无机材料基板1的厚度方向延伸。导体销25可以为圆柱形状等柱形状，也可以为圆筒形状等筒形状(中空形状)。导体销25的基端部与信号电极61的端部连接。导体销25的自由端部插入于在支撑基板7形成的凹部71(参照图14)。凹部71位于第一导通孔列55a与第二导通孔列55b之间。导体销25的基端部与自由端部之间的部分插穿于：第一金属层3具有的开口部31。

导体销25优选相对于第一金属层3而绝缘。在1个实施方式中，如图13所示，开口部31在导体销25的周围形成空气层。开口部31比导体销25的外形大，开口部31的整个周缘部离开导体销25。据此，能够使导体销相对于第一金属层而绝缘，进而，能够使信号电极和第一金属层稳定地绝缘。另外，能够更进一步抑制由电场向支撑基板泄漏引起的基板共振。此外，与在空气层填充有树脂的结构相比较，能够抑制介电损耗的影响。

应予说明，如图15所示，可以将导体销25的周围以绝缘材料15覆盖。据此，也能够使导体销相对于第一金属层而绝缘。作为绝缘材料，例如可以举出树脂、SiO₂。

A－5.波导元件104的整体构成

图16是本发明的再一实施方式的波导元件的概要立体图；图17是图16的波导元件的XVII－XVII′截面图。应予说明，图16中，为了方便说明，省略接地电极及导通孔。

上述波导元件103中，具备1个信号电极61，不过，信号电极61的个数没有特别限制。波导元件104具备彼此分离的多个信号电极61。因此，波导元件104具备多个与信号电极对应的传输线路。图示例中，波导元件104具备：导体层6，其具有第一信号电极61a及第二信号电极61b；第一导体销25a；以及第二导体销25b。第一信号电极61a与第一金属层3构成第一传输线路，第二信号电极61b与第一金属层3一同构成第二传输线路。第一导体销25a将由第一金属层3、第二金属层40及多个基板贯通导通孔55构成的SIW、和第一传输线路结合。第二导体销25b将由第一金属层3、第二金属层40及多个基板贯通导通孔55构成的SIW、和第二传输线路结合。

据此，在1个实施方式中，能够将在无机材料基板中传播的传输线路模式的电磁波(信号)借助第一导体销而转换为SIW模式后，使其以SIW模式在支撑基板中传播，接下来，借助第二导体销而再次转换为在无机材料基板中传播的传输线路模式。在本实施方式中，在无机材料基板中传播的电磁波能够从设置于无机材料基板的天线元件中释放出来。

A－6.波导元件105的整体构成

图18及图19分别是本发明的再一实施方式的波导元件的概要截面图。

上述的波导元件103及波导元件104中，具备1个支撑基板7，不过，支撑基板7的个数没有特别限制。波导元件105及波导元件106中，支撑基板7在无机材料基板1的厚度方向上彼此空开间隔地配置有多个，在多个支撑基板7分别设置有基板集成波导管(SIW)。根据这样的构成，能够使以SIW模式放射电磁波的天线部分在厚度方向上阵列化。因此，这样的波导元件能够在无线通信中用作相控阵天线。应予说明，将多个传输信号(电磁波)的基板集成的情况下，有时波导元件的发热成为问题，不过，在上述实施方式中，贯穿支撑基板的基板贯通导通孔与金属层连接，因此，能够从波导元件顺利地散热。

如图18所示，波导元件105中，在多个支撑基板7中的彼此相邻的支撑基板7之间配置有第二金属层40。据此，在各支撑基板7设置的SIW由在该支撑基板7的两侧配置的金属层(即，第一金属层3及第二金属层40、或、2个第二金属层40)、以及贯穿该支撑基板7的多个基板贯通导通孔55构成。

如图19所示，波导元件106中，包括SIW的波导管单元13在无机材料基板1的厚度方向上彼此空开间隔地配置有多个。多个波导管单元13分别具备：第一金属层3、支撑基板7、第二金属层40以及多个基板贯通导通孔55。

在多个支撑基板7中的彼此相邻的支撑基板7之间可以设置有隔离基板14。在1个实施方式中，隔离基板14配置于彼此相邻的波导管单元13之间。通过设置隔离基板，能够调整多个支撑基板中的天线部分的间隔。特别是，如果将多个天线部分的间隔调整为λ/2，则能够充分扫描电磁波的放射角。作为隔离基板的材料，代表性地，可以举出与无机材料基板同样的无机材料(后述)。

另外，具备多个SIW的波导元件优选具备与SIW相同数量的信号电极61及导体销25。各导体销25将各信号电极61构成的传输路径和所对应的SIW结合。导体销25自所对应的信号电极61起贯穿无机材料基板1并插穿于第一金属层3的开口部31，进而根据需要，贯穿支撑基板7、第二金属层40及隔离基板14而到达对象的支撑基板7。根据这样的构成，能够比较容易地制作，并且，能够将来自设置在无机材料基板上的外部信号源X的信号(电磁波)容易地传播到各支撑基板的SIW。

本说明书中“波导元件”包括：形成有至少1个波导元件的晶片(波导元件晶片)及将该波导元件晶片切断得到的芯片这两者。

以下，在B项～F项中，对波导元件的各构成要素的具体构成进行说明。

B.无机材料基板

无机材料基板1具有：设置有导体层6的上表面、以及位于复合基板内的下表面。

无机材料基板1由无机材料构成。作为无机材料，只要得到由本发明的实施方式带来的效果即可，可以采用任意的适当材料。作为这样的材料，代表性地，可以举出：单晶石英(相对介电常数4.5、介电损耗角正切0.0013)、非晶质石英(石英玻璃、相对介电常数3.8、介电损耗角正切0.0010)、尖晶石(相对介电常数8.3、介电损耗角正切0.0020)、AlN(相对介电常数8.5、介电损耗角正切0.0015)、蓝宝石(相对介电常数9.4、介电损耗角正切0.0030)、SiC(相对介电常数9.8、介电损耗角正切0.0022)、氧化镁(相对介电常数10.0、介电损耗角正切0.0012)及硅(相对介电常数11.7、介电损耗角正切0.0016)(()内的相对介电常数和介电损耗角正切表示频率300GHz处的数值。)。

无机材料基板1优选为由非晶质石英构成的石英玻璃基板。

如果无机材料基板1为石英玻璃基板，则即便对上述高频率的电磁波进行引导的情况下，也能够更进一步稳定地抑制传播损耗增大。进而，与树脂系的基板相比较，介电常数较大，因此，基板尺寸能够变小，另外，在无机材料之中，介电常数比较小，因此，在低延迟化方面有利。

另外，石英玻璃具有如下特征：介电损耗(tanδ)较小，此外，与树脂系基板不同，无需进行粗面化、表面处理就能够形成用于形成线路的导体层(金属层)。因此，能够更加降低传播损耗。

关于无机材料基板1的电阻率，例如为100kΩ·cm以上，优选为300kΩ·cm以上，更优选为500kΩ·cm以上，进一步优选为700kΩ·cm以上。如果电阻率为这样的范围，则电磁波不会对电子传导带来影响，能够在材料中以低损耗传播。该现象的详细情况尚不明确，不过，可推测：如果电阻率较小，则电磁波与电子结合，电磁波的能量被电子传导夺取而损耗。从该观点出发，电阻率越大越理想。电阻率可以为例如3000kΩ(3MΩ)·cm以下。

关于无机材料基板1的弯曲强度，例如为50MPa以上，优选为60MPa以上。如果弯曲强度为这样的范围，则基板不易变形，因此，能够实现特性变化小的波导元件。弯曲强度越大越理想。弯曲强度可以为例如700MPa以下。应予说明，弯曲强度可以依据JIS标准R1601进行测定。

关于无机材料基板1的热膨胀系数(线膨胀系数)，例如为10×10^－6/K以下，优选为8×10^－6/K以下。如果热膨胀系数为这样的范围，则能够良好地抑制基板的热变形(代表性的为翘曲)。应予说明，热膨胀系数可以依据JIS标准R1618进行测定。

另外，如上所述，无机材料基板1的介电损耗角正切tanδ越小越理想。作为降低300GHz频带处的无机材料基板1的介电损耗角正切(tanδ)的方法，可以举出降低无机材料基板中含有的OH基浓度。在波导元件对频率250GHz～350GHz的电磁波进行引导的情况下，关于无机材料基板中的OH基浓度，例如为100wtppm以下，优选为15wtppm以下，更优选为10wtppm以下。应予说明，无机材料基板中的OH基浓度代表性地可以为0wtppm以上。可以通过FTIR(傅里叶变换红外线分光法)、拉曼散射分光、卡尔菲舍尔法来测定OH基浓度。

另外，无机材料基板1的介电损耗可以通过FQ值来评价。FQ值通过介电损耗角正切(tanδ)的倒数与由波导元件103引导的电磁波的频率之积进行计算。

无机材料基板1的OH基浓度为100wtppm以下的情况下，如果电磁波的频率为150GHz以上且小于250GHz，则FQ值优选为45000GHz以上；如果电磁波的频率为频率250GHz以上且小于350GHz，则FQ值优选为75000GHz以上。

另外，无机材料基板1的OH基浓度为15wtppm以下的情况下，如果电磁波的频率为150GHz以上且小于250GHz，则FQ值优选为75000GHz以上；如果电磁波的频率为250GHz以上且小于350GHz，则FQ值优选为105000GHz以上。

此外，无机材料基板1的OH基浓度为10wtppm以下的情况下，如果电磁波的频率为150GHz以上且小于250GHz，则FQ值优选为150000GHz以上，代表性的为270000GHz以下；如果电磁波的频率为频率250GHz以上且小于350GHz，则FQ值优选为250000GHz以上，代表性的为390000GHz以下。

关于无机材料基板1的气孔率，气孔尺寸1μm以上的气孔为例如0.5ppm以上且3000ppm以下，优选为0.5ppm以上且1000ppm以下，更优选为0.5ppm以上且100ppm以下。如果气孔率为这样的范围，则能够致密化，从机械强度及长期可靠性中的任一观点出发，也能够实现稳定的波导元件。应予说明，如果气孔率超过3000ppm，则有时波导中的传播损耗会变大。在使用无机材料基板的技术中很难使气孔率小于0.5ppm。

所谓气孔的尺寸，在气孔为大致球状的情况下为直径，在气孔为大致圆柱状的情况下为俯视时的直径，在气孔为其他形状的情况下为与气孔内切的圆的直径。气孔的有无可以通过例如光CT(Computed Tomograohy)或透过率测定器进行确认。气孔的尺寸可以利用例如扫描型电子显微镜(SEM)进行测定。

C.导体层及接地电极

在1个实施方式中，导体层6形成在无机材料基板1的表面(厚度方向上的一个面)上，与无机材料基板1直接接触。

代表性地，导体层6由金属构成。作为金属，例如可以举出：铬(Cr)、镍(Ni)、铜(Cu)、金(Au)、银(Ag)、钯(Pd)、钛(Ti)。金属可以单独或组合使用。导体层6可以为单一层，也可以是2层以上层叠而形成的。导体层6通过例如镀敷、溅射、蒸镀、印刷而形成在无机材料基板1上。

图12所示的波导元件103中，导体层6相对于无机材料基板1而位于第一金属层3的相反侧，且设置于无机材料基板1的表面。导体层6至少具备信号电极61。信号电极61的宽度(与长度方向正交的方向上的尺寸)的范围与例如上述的微带型电极4的宽度w的范围相同。信号电极61的长度方向上的尺寸可以为任意的适当尺寸。

关于导体层6的厚度，例如为1μm以上，优选为4μm以上，例如为20μm以下，优选为10μm以下。

图1至图8所示的波导元件中，接地电极3形成在无机材料基板1的背面(厚度方向上的另一面)上，与无机材料基板1直接接触。另外，接地电极3由与导体层6同样的金属构成，接地电极3的厚度范围与导体层6的厚度范围相同。接地电极3通过例如溅射而形成在无机材料基板1上。

接地电极3只要相对于无机材料基板1而配置于导体层6的相反侧即可，其配置没有特别限制。在1个实施方式中，接地电极3形成在支撑基板20的面上，与支撑基板20直接接触。即，波导元件(具体的为波导元件101或波导元件102)可以在支撑基板20的形成有波导部件的一侧的面具备接地电极3。这种情况下，接地电极3通过例如溅射而形成在支撑基板20上。

D.第一金属层

图12至图19所示的波导元件中，接地电极3可以称为第一金属层3。在1个实施方式中，如图12所示，第一金属层3设置于：无机材料基板1的与导体层6相反一侧的表面。第一金属层3在无机材料基板1的厚度方向上相对于信号电极61而空开间隔地配置。代表性地，第一金属层3与无机材料基板1直接接触。第一金属层3可以由与导体层6相同的金属构成。从将无机材料基板1和支撑基板7接合的观点出发，第一金属层3需要确保容易使接合面平坦化的密合强度，第一金属层3的金属可以与导体层6的金属不同。第一金属层3的厚度范围与导体层6的厚度范围相同。

代表性地，第一金属层3通过溅射、镀敷而形成在无机材料基板1。

E.第二金属层

如图12所示，第二金属层40设置于：支撑基板7的与第一金属层3相反一侧的表面。第二金属层40有时称为背面导体层。第二金属层40在无机材料基板1的厚度方向上相对于第一金属层3而空开间隔地配置。代表性地，第二金属层40与支撑基板7直接接触。第二金属层40由与导体层6相同的金属构成，第二金属层40的厚度范围与导体层6的厚度范围相同。第二金属层40通过例如溅射或镀敷而形成在支撑基板7上。第二金属层40可以并不一定形成在支撑基板7的与第一金属层相反一侧的整个表面。

F.支撑基板

图1至图8所示的波导元件中，支撑基板20具有：位于复合基板内的上表面、以及露出于外部的下表面。设置支撑基板20的目的在于提高复合基板的强度。图12至图19所示的波导元件中，支撑基板7能够对波导元件赋予优异的机械强度。据此，能够使无机材料基板的厚度变薄，以满足上式(1)。以下，未记载参考符号而记为“支撑基板”的情况下，支撑基板可以不加以区分地包括支撑基板20及支撑基板7。

作为支撑基板，可以采用任意的适当构成。作为构成支撑基板的材料的具体例，可以举出：磷化铟(InP)、硅(Si)、玻璃、硅铝氧氮陶瓷(Si₃N₄－Al₂O₃)、多铝红柱石(3Al₂O₃·2SiO₂，2Al₂O₃·3SiO₂)、氮化铝(AlN)、氧化镁(MgO)、氧化铝(Al₂O₃)、尖晶石(MgAl₂O₄)、蓝宝石、石英、水晶、氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)、氮化硅(Si₃N₄)、氧化镓(Ga₂O₃)。

支撑基板优选由选自由磷化铟、硅、氮化铝、碳化硅及氮化硅构成的组中的至少1种构成，更优选由硅构成。

在波导元件安装振荡器、接收器等有源元件的情况下，有可能无机材料基板被加热，其他有源元件、安装元器件的特性劣化。为了防止该状况，支撑基板可以使用热传导率高的材料。这种情况下，热传导率优选为150W/Km以上，从该观点出发，支撑基板可以举出：硅(Si)、氮化铝(AlN)、氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)、氮化硅(Si₃N₄)。

另外，在支撑基板形成有SIW的情况下，为了降低在SIW中传播的电磁波的损耗，优选为介电损耗tanδ小的材料。从该观点出发，可例示：单晶石英、非晶质石英、尖晶石、AlN、蓝宝石、氧化铝、SiC、氧化镁及硅。

应予说明，构成支撑基板的材料的线膨胀系数越接近于构成无机材料基板1的材料的线膨胀系数越理想。如果是这样的构成，则能够抑制复合基板的热变形(代表性的为翘曲)。优选为，构成支撑基板的材料的线膨胀系数相对于构成无机材料基板1的材料的线膨胀系数而在50％～150％的范围内。

另外，构成支撑基板的材料的介电损耗角正切越小越理想。通过使介电损耗角正切变小，能够抑制传播损耗。从该观点出发，支撑基板的介电损耗角正切优选为0.07以下。

另外，共平面线路中，构成支撑基板的材料的介电损耗角正切越小越理想。共平面线路的情况下，如果波导部件的厚度变小，则有时传播的电磁波渗出到支撑基板，通过使介电损耗角正切变小，能够抑制传播损耗。从该观点出发，介电损耗角正切优选为0.07以下。

关于支撑基板的厚度，当将支撑基板的相对介电常数设为ε_b，将由波导元件(波导部件)引导的电磁波的波长设为λ时，例如为λ/4√ε_b以上，优选为λ/2√ε_b以上，例如为2λ/√ε_b以下，优选为3λ/2√ε_b以下，更优选为λ/√ε_b以下。如果支撑基板的厚度为上述下限以上，则能够稳定地实现波导元件的机械强度提高。如果支撑基板的厚度为上述上限以下，则能够实现：平板模式传播的抑制、波导元件的薄型化(保持波导元件的机械强度)及基板共振的抑制。

如图18所示，支撑基板在无机材料基板1的厚度方向上彼此空开间隔地配置有多个的情况下，如果用作相控阵天线，则彼此相邻的支撑基板的间隔优选为适合于天线间距的λ/2左右，在支撑基板的厚度不满足所述间隔的情况下，通过在相邻的支撑基板之间设置隔离基板14(参照图19)，能够确保适当的天线间距。

图1至图8所示的波导元件中，代表性地，支撑基板20与波导部件(波导部件10、11、12)直接接合，由此对波导部件(波导部件10、11、12)进行支撑。换言之，波导部件和支撑基板直接接合。图12至图19所示的波导元件中，支撑基板7对导体层6、无机材料基板1、第一金属层3及第二金属层40进行支撑。更详细而言，在无机材料基板1与支撑基板7之间不存在有机系粘接剂(例如树脂等粘接剂)，无机材料基板1和支撑基板7借助第一金属层3而直接接合。

本说明书中“直接接合”是指：2个层或基板不夹有粘接剂(代表性的为有机系粘接剂)而接合。直接接合的形态可以根据待彼此接合的层或基板的构成而适当设定。此外，利用直接接合而接合的界面代表性地非晶质化。因此，能够使接合界面的热阻与树脂接合相比较呈飞跃性地变小。据此，在波导元件安装振荡器、接收器等有源元件的情况下，即便由有源元件产生的热传递到无机材料基板，也能够使该热从无机材料基板经由支撑基板而向封装体顺利地释放。结果，能够抑制无机材料基板被加热，从而能够抑制其他有源元件、安装元器件的特性劣化。直接接合的形态还可以包括：支撑基板和无机材料基板借助接地电极(第一金属层)和/或接合部的接合。

通过利用直接接合使它们实现一体化，能够良好地抑制波导元件中的剥离，结果，能够良好地抑制由这样的剥离所引起的无机材料基板受损(例如裂纹)。

图1至图8所示的波导元件(波导元件100、101、102)可以进一步具备接合部30，该接合部30设置于波导部件(波导部件10、11、12)与支撑基板20之间，将波导部件10和支撑基板20进行接合。

具体而言，图1及图2所示的波导元件100中，如图9(a)所示，接合部30可以位于无机材料基板1与支撑基板20之间，使它们实现一体化。这样的构成中，可以在导体层6与支撑基板20之间仅设置有无机材料基板1及接合部30。优选在导体层6与支撑基板20之间不夹有：有机材料系粘接剂、或树脂材料基板等树脂材料(即，由无机材料(包括无机材料基板1)构成)。据此，能够使无机材料基板1与支撑基板20的界面处的热阻变小，从而能够抑制有源元件、或安装元器件的特性劣化。不夹有树脂材料的结构可以通过将无机材料基板1和支撑基板20进行直接接合来得到。

另外，图3及图4所示的波导元件101中，如图9(b)所示，接合部30可以位于接地电极3与支撑基板20之间，使它们实现一体化；如图11(a)所示，接合部30也可以位于接地电极3与无机材料基板1之间，使它们实现一体化。另外，图5及图6所示的波导元件102中，如图10(a)所示，接合部30可以位于接地电极3与支撑基板20之间，使它们实现一体化；如图11(b)所示，接合部30也可以位于接地电极3与无机材料基板1之间，使它们实现一体化。这些构成中，可以在导体层6与支撑基板20之间仅设置有无机材料基板1、接地电极3及接合部30。

另外，图7及图8所示的波导元件101中，如图10(b)所示，接合部30可以位于接地电极3与支撑基板20之间，使它们实现一体化；如图11(c)所示，接合部30也可以位于接地电极3与无机材料基板1之间，使它们实现一体化。这些构成中，可以在导体层6与支撑基板20之间仅设置有：包括导通孔5的无机材料基板1、接地电极3及接合部30。

另外，虽未图示，不过，可以在支撑基板20的与设置有波导部件的一侧的面相反一侧的面设置有背面导体层。代表性地，背面导体层相对于支撑基板20而位于接地电极3的相反侧。背面导体层可以形成在支撑基板20的背面(厚度方向的另一面)上而与支撑基板20直接接触。背面导体层由与导体层6相同的金属构成，背面导体层的厚度范围与导体层6的厚度范围相同。背面导体层通过例如溅射而形成在支撑基板20上。

图12至图19所示的波导元件(波导元件103、104、105及106)中，支撑基板7仅借助第一金属层3而与无机材料基板1直接接合。支撑基板7仅借助第一金属层3而与无机材料基板1接合的情况下，第一金属层3作为将无机材料基板1和支撑基板7进行接合的接合部而发挥作用，支撑基板7与第一金属层3直接接触。

另外，支撑基板7可以借助第一金属层3及接合部(未图示)而与无机材料基板1直接接合。支撑基板7借助第一金属层3及接合部而与无机材料基板1接合的情况下，接合部可以设置于无机材料基板1与第一金属层3之间，也可以设置于第一金属层3与支撑基板7之间。即，接合部设置于：无机材料基板与第一金属层之间、和/或、第一金属层与支撑基板之间。

优选像这样在导体层与支撑基板之间不夹有：有机材料系粘接剂、或树脂材料基板等树脂材料(即，由无机材料(包括无机材料基板)构成)。据此，能够使无机材料基板与支撑基板的界面处的热阻变小，从而能够抑制有源元件、或安装元器件的特性劣化。不夹有树脂材料的结构可通过将无机材料基板和支撑基板(在无机材料基板和支撑基板中的任一者或两者形成有接地电极(第一金属层))进行直接接合来得到。

接合部可以为1层，也可以2层以上进行层叠。代表性地，接合部由无机材料构成。作为接合部，例如可以举出：SiO₂层、非晶质硅层、氧化钽层。另外，由于接地电极为金属，所以，接合部可以为选自金(Au)、钛(Ti)、铂(Pt)、铬(Cr)、铜(Cu)、锡(Sn)或它们的组合(合金)中的金属。这些接合部中，优选举出非晶质硅层。另外，从确保密合强度且防止迁移的观点出发，可以将Ti、Cr、Ni、Pt、Pd的金属膜设为中间层，形成在无机材料基板与接地电极(第一金属层)之间、或者支撑基板与接地电极(第一金属层)之间。

关于接合部的厚度，例如为0.001μm以上且10μm以下，优选为0.1μm以上且3μm以下。

应予说明，不设置接合部而将波导部件和支撑基板进行直接接合的情况下，可以在导体层与支撑基板之间仅设置有无机材料基板。

直接接合可以按以下的步骤来实现。在高真空腔体内(例如1×10^－6Pa左右)，对待接合的构成要素(层或基板)各自的接合面照射中和束。由此，各接合面活化。接下来，在真空气氛内，使已活化的接合面彼此接触，于常温进行接合。该接合时的载荷可以为例如100N～20000N。在1个实施方式中，在利用中和束进行表面活化时，向腔体导入非活性气体，从直流电源向配置于腔体内的电极施加高电压。如果是这样的构成，则电子因为电极(正极)与腔体(负极)之间产生的电场而进行运动，从而生成非活性气体的原子和离子的射束。到达栅极的射束中的离子射束在栅极被中和，因此，中性原子的射束从高速原子射束源射出。构成射束的原子种类优选为非活性气体元素(例如氩(Ar)、氮(N))。利用射束照射进行活化时的电压为例如0.5kV～2.0kV，电流为例如50mA～200mA。应予说明，直接接合的方法不限定于此，也可以应用利用FAB(Fast Atom Beam)或离子枪的表面活化法、原子扩散法、等离子体接合法等。

实施例

以下，通过实施例而对本发明具体地进行说明，不过，本发明并不受这些实施例的限定。

＜实施例1＞

1－1.波导元件(共平面线路)的制作

制作图1及图2所示的波导元件。

准备出0.5mm厚度的石英玻璃晶片(石英玻璃基板、无机材料基板)，通过溅射而在石英玻璃晶片上形成0.2μm的非晶质硅膜。成膜后，对非晶质硅膜进行研磨，实施平坦化处理。此处，使用原子力显微镜，对非晶质硅膜的表面的□10μm(10μm见方的区域；以下相同)的算术平均粗糙度进行测定，结果为0.2nm。

另外，准备出厚度525μm的硅晶片(支撑基板)。使用原子力显微镜，对硅晶片的表面的□10μm的表面的算术平均粗糙度进行测定，结果为0.2nm。

将石英玻璃晶片的非晶质硅面和硅晶片如下进行直接接合。首先，将石英玻璃晶片和硅晶片放入真空腔体内，在10^－6Pa左右的真空中，对两者的接合面(石英玻璃晶片的非晶质硅面和硅晶片的表面)照射高速Ar中性原子束(加速电压1kV、Ar流量60sccm)70秒钟。照射后，放置10分钟，将石英玻璃晶片及硅晶片放冷后，使石英玻璃晶片和硅晶片的接合面(石英玻璃晶片和硅晶片的表面射束照射面)接触，以4.90kN加压2分钟，将石英玻璃晶片和硅晶片接合。即，将石英玻璃晶片和硅晶片借助非晶质硅层(接合部)而直接接合。接合后，研磨加工至石英玻璃晶片的厚度达到150μm，形成复合晶片。得到的石英玻璃/硅复合基板中，在接合界面没有观察到剥离等不良。

接下来，在石英玻璃晶片的与硅晶片相反一侧的表面(研磨面)涂布抗蚀剂，通过光刻，以将形成共平面型电极图案的部分露出的方式形成图案。之后，在从抗蚀剂露出的石英玻璃晶片的上表面，通过溅射，按Cr膜50nm厚、Ni膜100nm厚进行成膜，形成基底电极。进而，在基底电极上通过电镀而将铜成膜，形成出共平面型电极图案。信号电极的波导方向上的长度为10mm。

通过以上操作，得到波导元件，且该波导元件具备：波导部件，其具有共平面型电极及无机材料基板；以及支撑基板。

1－2.传播损耗的计算

为了测定波导元件的传播损耗，与上述操作同样地制作信号电极的长度为30mm、40mm及50mm这3种波导元件。

接下来，在波导部件的输入侧借助探针连结RF信号发生器，在波导部件的输出侧设置探针，将电磁波与RF信号接收器结合。

接下来，对RF信号发生器施加电压，使RF信号发生器发送出表1所示的频率的电磁波。由此，电磁波被传播到共平面线路(波导部件)。RF信号接收器对从共平面线路输出的电磁波的RF功率进行测定。根据信号电极的长度不同这3种波导元件的测定结果，计算出传播损耗(dB/cm)，以下述的基准进行评价。将其结果示于表1。

◎(优)：小于0.5dB/cm

〇(良)：0.5dB/cm以上且小于1dB/cm

△(可)：1dB/cm以上且小于2dB/cm

×(不可)：2dB/cm以上

＜实施例2＞

2－1.波导元件(带接地的共平面线路)的制作

制作图3及图4所示的波导元件。

准备出0.5mm厚度的石英玻璃晶片(石英玻璃基板、无机材料基板)，在石英玻璃晶片上，通过溅射，按Cr膜50nm厚、Ni膜100nm厚进行成膜，形成基底电极。进而，在基底电极上通过电镀而将铜成膜，形成接地电极。接下来，在接地电极上利用溅射而形成0.2μm的非晶质硅膜。成膜后，对非晶质硅膜进行研磨，实施平坦化处理。此处，使用原子力显微镜，对非晶质硅膜的表面的□10μm的算术平均粗糙度进行测定，结果为0.2nm。

另外，准备出厚度525μm的硅晶片(支撑基板)。使用原子力显微镜，对硅晶片的表面的□10μm的表面算术平均粗糙度进行测定，结果为0.2nm。

之后，将在接地电极上形成的非晶质硅面和硅晶片进行直接接合。直接接合与实施例1同样地实施。即，将接地电极和硅晶片借助非晶质硅层(接合部)而直接接合。得到的石英玻璃/接地电极/硅复合基板中，在接合界面没有观察到剥离等不良。

接下来，对石英玻璃晶片进行研磨，使厚度为150μm。

接下来，与实施例1同样地，在石英玻璃晶片的与硅晶片相反一侧的表面(研磨面)形成出共平面型电极图案。信号电极的波导方向上的长度为10mm。

通过以上操作，得到波导元件，且该波导元件具备波导部件，其具有共平面型电极、无机材料基板及接地电极；以及支撑基板。

2－2.传播损耗的计算

另外，为了测定波导元件的传播损耗，与上述操作同样地制作信号电极的长度为30mm、40mm及50mm这3种波导元件。接下来，与实施例1同样地通过RF信号接收器来测定从共平面线路输出的电磁波的RF功率。与实施例1同样地评价实施例2的波导元件的传播损耗。将其结果示于表1。

＜实施例3＞

3－1.波导元件(微带线路)的制作

制作图5及图6所示的波导元件。

与实施例2同样地得到石英玻璃/接地电极/硅复合基板。

接下来，在石英玻璃晶片的与硅晶片相反一侧的表面(研磨面)涂布抗蚀剂，通过光刻，以将形成微带型电极的部分露出的方式形成图案。之后，在从抗蚀剂露出的石英玻璃晶片的上表面，通过溅射，按Cr膜50nm厚、Ni膜100nm厚进行成膜，形成基底电极。进而，在基底电极上通过电镀而将铜成膜，形成微带型电极。微带型电极的波导方向上的长度为10mm。

通过以上操作，得到波导元件，且该波导元件具备：波导部件，其具有微带型电极及无机材料基板；以及支撑基板。

3－2.传播损耗的计算

另外，为了测定波导元件的传播损耗，与上述操作同样地制作微带型电极的长度为30mm、40mm及50mm这3种波导元件。接下来，与实施例1同样地通过RF信号接收器来测定从共平面线路输出的电磁波的RF功率。与实施例1同样地评价实施例3的波导元件的传播损耗。将其结果示于表1。

＜实施例4～6＞

将研磨后的石英玻璃晶片(无机材料基板)的厚度变更为表1所示的值，除此以外，与实施例1～3的各实施例同样地制作波导元件。

针对得到的波导元件，与实施例1同样地进行传播损耗的计算及评价。将其结果示于表1。

＜实施例7＞

将作为无机材料基板的石英玻璃晶片变更为单晶硅晶片，并将研磨后的硅晶片的厚度变更为表1所示的值，除此以外，与实施例1同样地制作波导元件。

＜实施例8＞

将作为无机材料基板的石英玻璃晶片变更为蓝宝石晶片，并将研磨后的蓝宝石晶片的厚度变更为表1所示的值，除此以外，与实施例1同样地制作波导元件。

＜实施例9＞

将作为无机材料基板的石英玻璃晶片变更为多晶AlN晶片，并将研磨后的AlN晶片的厚度变更为表1所示的值，除此以外，与实施例1同样地制作波导元件。

＜实施例10＞

将研磨后的石英玻璃晶片(无机材料基板)的厚度变更为表1所示的值，除此以外，与实施例1同样地制作波导元件。

＜实施例11～14＞

将研磨后的石英玻璃晶片(无机材料基板)的厚度变更为表1所示的值，除此以外，与实施例3同样地制作波导元件。

＜实施例15＞

15－1.波导元件(带接地的共平面线路)的制作

代替铜而将金成膜，形成接地电极，并将研磨后的石英玻璃晶片(无机材料基板)的厚度变更为100μm，除此以外，与实施例2同样地制作波导元件。应予说明，共平面电极的图案按能获得与RF信号发生/接收器的50Ω阻抗匹配的方式进行设计。

15－2.传播损耗的计算

接下来，在波导部件的输入侧，借助探针连结RF信号发生器，在波导部件的输出侧设置探针，将电磁波与RF信号接收器结合。接下来，对RF信号发生器施加电压，使RF信号发生器发送出频率300GHz的电磁波。据此，电磁波被传播到共平面线路(波导部件)。RF信号接收器对从共平面线路输出的电磁波的RF功率进行测定。根据测定结果，计算出传播损耗(dB/cm)，其结果为0.4dB/cm(评价：◎)。

15－3.散热性能的评价

针对实施例15的波导元件，使用有限要素法(Muratasoftware公司制的FEMTET)，进行热传导解析。热传导解析中，石英玻璃(无机材料基板)的热传导率设为2W/mK，硅(支撑基板)的热传导率设为150W/mK，金(接地电极)的热传导率设为300W/mK。实施例15中，波导部件和支撑基板被直接接合，接合界面非晶质化，因此，将界面的热界面电阻设定为零。该解析的结果：波导元件的热阻为70K/W。据此，确认到利用直接接合而提高了散热性。

＜实施例16＞

代替非晶质硅层而使用焊料(AuSn：热传导率50W/mK)，将接地电极和硅晶片进行直接接合，除此以外，与实施例15同样地制作波导元件。与上述散热性能的评价同样地解析所得到的波导元件的热阻。结果：波导元件的热阻为90K/W。

＜比较例1＞

准备出厚度2100μm的石英玻璃晶片(石英玻璃板、无机材料基板)，将研磨后的石英玻璃晶片的厚度变更为2000μm，除此以外，与实施例3同样地制作波导元件。

＜比较例2＞

准备出厚度100μm的聚酰亚胺基板(三菱气体化学公司制的THERPLIM)，在聚酰亚胺基板上，与实施例15同样地形成接地电极。另外，准备出厚度525μm的硅晶片(支撑基板)。接下来，将形成有接地电极的聚酰亚胺基板、硅晶片利用树脂(有机系粘接剂)进行接合。接下来，对石英玻璃晶片进行研磨，使厚度为100μm。之后，与实施例15同样地在聚酰亚胺基板的与硅晶片相反一侧的表面(研磨面)形成出共平面型电极图案。

通过以上操作，得到波导元件，且该波导元件具备：波导部件，其具有共平面型电极、聚酰亚胺基板及接地电极；以及支撑基板。

针对得到的波导元件，与实施例1同样地计算传播损耗。结果：传播损耗为2.5dB/cm。

另外，针对得到的波导元件，与实施例15同样地解析热阻。结果：波导元件的热阻为130K/W。应予说明，解析中，聚酰亚胺的热传导率设为0.2W/mK。

＜比较例3＞

代替厚度100μm的聚酰亚胺基板而使用下述的层叠基板，除此以外，与比较例2同样地得到波导元件。层叠基板具备：石英玻璃晶片(厚度100μm)、以及在该石英玻璃晶片的厚度方向上的两面设置的聚酰亚胺层(厚度15μm、三菱气体化学制的THERPLIM)。

通过以上操作，得到波导元件，且该波导元件具备：波导部件，其具有共平面型电极、层叠基板(聚酰亚胺层/石英玻璃晶片/聚酰亚胺层)及接地电极；以及支撑基板。

针对得到的波导元件，与实施例15同样地解析热阻。结果：波导元件的热阻为150K/W。应予说明，解析中，聚酰亚胺的热传导率设为0.2W/mK。

[表1]

由表1可知：无机材料基板的厚度满足上式(1)的情况下，即便对超过30GHz的高频率的电磁波进行引导，传播损耗也较小，能够确保优异的低传播损耗性能。

产业上的可利用性

本发明的实施方式的波导元件能够用于波导、下一代高速通信、传感器、激光加工、太阳能发电等广泛的领域，特别是能够很好地用作毫米波～太赫兹波的波导。这样的波导元件能够用于例如天线、带通滤波器、耦合器、延迟线(相位器)或隔离器。

符号说明

1无机材料基板

2共平面型电极

3接地电极(第一金属层)

4微带型电极

6导体层

61信号电极

62接地电极

7支撑基板

10波导部件

11波导部件

12波导部件

100波导元件

101波导元件

102波导元件

103波导元件

104波导元件

105波导元件

Claims

1.一种波导元件，其中，

具备能够对频率为30GHz以上且20THz以下的电磁波进行引导的波导部件，

所述波导部件具备：

无机材料基板；以及

导体层，该导体层设置于所述无机材料基板的上部，

所述无机材料基板的厚度t满足下式(1)，

[数学式1]

式中，t表示无机材料基板的厚度，λ表示由波导部件引导的电磁波的波长，ε表示300GHz处的无机材料基板的相对介电常数，a表示3以上的数值。

2.根据权利要求1所述的波导元件，其中，

所述式(1)中，a表示6以上的数值。

3.根据权利要求1或2所述的波导元件，其中，

所述无机材料基板的300GHz处的相对介电常数ε为3.5以上且12.0以下，所述无机材料基板的300GHz处的介电损耗角正切(介电损耗)tanδ为0.003以下。

4.根据权利要求3所述的波导元件，其中，

所述无机材料基板为石英玻璃基板。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的波导元件，其中，

所述导体层为共平面型电极。

6.根据权利要求5所述的波导元件，其中，

在所述波导部件中传播的电磁波的频率为30GHz以上且5THz以下时，所述无机材料基板的厚度为10μm以上。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的波导元件，其中，

所述无机材料基板的厚度为31μm以上。

8.根据权利要求1至7中的任一项所述的波导元件，其中，

所述无机材料基板的厚度为100μm以下。

9.根据权利要求5或6所述的波导元件，其中，

在所述无机材料基板的与形成有所述导体层的面相反一侧的面具备接地电极。

10.根据权利要求1至4中的任一项所述的波导元件，其中，

所述导体层为微带型电极，在所述无机材料基板的与形成有所述导体层的面相反一侧的面具备接地电极。

11.根据权利要求1至10中的任一项所述的波导元件，其中，

所述波导元件具备支撑基板，该支撑基板设置于所述波导部件的下部，对所述波导部件进行支撑。

12.根据权利要求1至8中的任一项所述的波导元件，其中，具备：

支撑基板，该支撑基板相对于所述无机材料基板而位于与所述导体层相反一侧；

第一金属层，该第一金属层位于所述无机材料基板与所述支撑基板之间；

第二金属层，该第二金属层相对于所述支撑基板而位于与所述无机材料基板相反一侧；以及

多个基板贯通导通孔，该多个基板贯通导通孔将所述第一金属层和所述第二金属层电连接，

所述导体层具备：沿规定方向延伸且构成能够传播所述电磁波的传输线路的信号电极，

所述第一金属层、所述第二金属层以及所述多个基板贯通导通孔构成：能够传播电磁波的基板集成波导管。

13.根据权利要求12所述的波导元件，其中，

所述导体层还具备：与所述信号配线空开间隔地配置的接地电极。

14.根据权利要求13所述的波导元件，其中，

所述波导元件还具备：将所述接地电极和所述第一金属层电连接的导通孔。

15.根据权利要求12至14中的任一项所述的波导元件，其中，

所述波导元件还具备：以所述电磁波能够传播的方式将所述传输线路和所述基板集成波导管结合的导体销，

所述导体销自所述信号电极起贯穿所述无机材料基板而到达所述支撑基板中的所述基板集成波导管。

16.根据权利要求15所述的波导元件，其中，

所述第一金属层具有开口部，该开口部供所述导体销插穿，且在所述导体销的周围形成空气层。

17.根据权利要求12至16中的任一项所述的波导元件，其中，

所述支撑基板在所述无机材料基板的厚度方向上彼此空开间隔地配置有多个，在多个支撑基板分别设置有基板集成波导管。

18.根据权利要求17所述的波导元件，其中，

在多个所述支撑基板中的彼此相邻的支撑基板之间设置有隔离基板。

19.根据权利要求12至18中的任一项所述的波导元件，其中，

在所述无机材料基板与所述支撑基板之间不存在有机系粘接剂，所述无机材料基板和所述支撑基板借助所述第一金属层而直接接合。