DE112022002926T5

DE112022002926T5 - Wellenleiterelement

Info

Publication number: DE112022002926T5
Application number: DE112022002926.9T
Authority: DE
Inventors: Kentaro Tani; Jungo Kondo
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2021-08-12
Filing date: 2022-08-04
Publication date: 2024-03-14
Also published as: US20240162592A1; WO2023017775A1; JPWO2023017775A1; CN117561648A

Abstract

Es wird eine Wellenleitervorrichtung bereitgestellt, die ein hervorragendes Leistungsvermögen bezüglich eines niedrigen Ausbreitungsverlusts über einem breiten Frequenzbereich in einem Hochfrequenzbereich von mehr als 30 GHz aufweist, während sie einen Aufbau aufweist, bei dem ein Substrat aus einem anorganischen Material auf einem Trägersubstrat montiert ist (durch dieses gestützt ist). Die Wellenleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst: Ein Wellenleiterelement, das eine elektromagnetische Welle mit einer Frequenz von 30 GHz oder mehr und 20 THz oder weniger leiten kann; ein Trägersubstrat, das zum Stützen des Wellenleiterelements ausgebildet ist; und einen Abschnitt mit niedriger Dielektrizitätskonstante. Das Wellenleiterelement umfasst: Ein Substrat aus einem anorganischen Material; und koplanare Elektroden, die oberhalb des Substrats aus einem anorganischen Material angeordnet sind. Das Trägersubstrat ist unterhalb des Substrats aus einem anorganischen Material angeordnet. Der Abschnitt mit niedriger Dielektrizitätskonstante ist unterhalb des Substrats aus einem anorganischen Material angeordnet und weist eine Dielektrizitätskonstante auf, die kleiner ist als eine Dielektrizitätskonstante des Substrats aus einem anorganischen Material.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wellenleitervorrichtung.
Stand der Technik
Als Vorrichtung zum Leiten einer Millimeterwelle/Terahertzwelle wird eine Wellenleitervorrichtung entwickelt. Es wird erwartet, dass die Wellenleitervorrichtung in einem breiten Bereich von Gebieten, wie z.B. Lichtwellenleitern, einer Hochgeschwindigkeitskommunikation der nächsten Generation, Sensoren, einer Laserbearbeitung und Solarstromerzeugung, angewandt und vermarktet wird. Als ein Beispiel für eine solche Wellenleitervorrichtung gibt es einen Vorschlag für eine Technologie, welche die Verwendung eines geerdeten koplanaren Wellenleiters umfasst, welcher umfasst: Ein Glassubstrat mit einer Dicke von 300 µm; einen koplanaren Leiter, der auf dem Glassubstrat angeordnet ist; und eine Masseelektrode, die auf einer Oberfläche des Glassubstrats auf einer Seite gegenüber dem koplanaren Leiter angeordnet ist (Patentdokument 1).
Wenn eine Wellenleitervorrichtung auf der Basis einer solchen Technologie in verschiedenen gewerblichen bzw. industriellen Produkten angewandt wird, wird das Montieren der Wellenleitervorrichtung auf ein Trägersubstrat, wie z.B. ein IC-Substrat oder eine Leiterplatte, in Betracht gezogen. Wenn die Wellenleitervorrichtung auf dem Trägersubstrat montiert ist, ist jedoch ein Bereich, in dem das Leistungsvermögen bezüglich eines niedrigen Ausbreitungsverlusts auf einem Praxisniveau in einem Frequenzbereich sichergestellt werden kann, der Wellen im Bereich von einer Millimeterwelle zu einer Terahertzwelle (insbesondere einem Frequenzbereich von 300 GHz oder mehr) entspricht, schmal und somit ist es schwierig, ein hervorragendes Leistungsvermögen bezüglich eines niedrigen Ausbreitungsverlusts über einem breiten Frequenzbereich zu erreichen.
Dokumentenliste
Patentdokumente
[PTL 1] JP 2021-509767 A
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Wellenleitervorrichtung, die ein hervorragendes Leistungsvermögen bezüglich eines niedrigen Ausbreitungsverlusts über einem breiten Frequenzbereich in einem Hochfrequenzbereich von 30 GHz oder mehr erreichen kann, während sie einen Aufbau aufweist, bei dem ein Substrat aus einem anorganischen Material auf einem Trägersubstrat montiert (durch dieses gestützt) ist.
Lösung des Problems
Eine Wellenleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst: Ein Wellenleiterelement, das eine elektromagnetische Welle mit einer Frequenz von 30 GHz oder mehr und 20 THz oder weniger leiten kann; ein Trägersubstrat, das zum Stützen des Wellenleiterelements ausgebildet ist; und einen Abschnitt mit niedriger Dielektrizitätskonstante. Das Wellenleiterelement umfasst: Ein Substrat aus einem anorganischen Material; und koplanare Elektroden, die oberhalb des Substrats aus einem anorganischen Material angeordnet sind. Das Trägersubstrat ist unterhalb des Substrats aus einem anorganischen Material angeordnet. Der Abschnitt mit niedriger Dielektrizitätskonstante ist unterhalb des Substrats aus einem anorganischen Material angeordnet und weist eine Dielektrizitätskonstante auf, die kleiner ist als eine Dielektrizitätskonstante des Substrats aus einem anorganischen Material.
In einer Ausführungsform erfüllt eine Dicke „t“ des Substrats aus einem anorganischen Material die folgende Formel (1): $t < \frac{λ}{α \sqrt{ε}}$
wobei „t“ die Dicke des Substrats aus einem anorganischen Material darstellt, λ eine Wellenlänge einer elektromagnetischen Welle darstellt, die durch das Wellenleiterelement geleitet wird, ε eine relative Dielektrizitätskonstante des Substrats aus einem anorganischen Material darstellt und „a“ einen Zahlenwert von 2 darstellt.
In einer Ausführungsform weist das Trägersubstrat eine Aussparung auf, eine untere Oberfläche des Substrats aus einem anorganischen Material und die Aussparung des Trägersubstrats legen einen Hohlraum fest und der Hohlraum wirkt als der Abschnitt mit niedriger Dielektrizitätskonstante.
In einer Ausführungsform umfassen die koplanaren Elektroden eine Signalelektrode, die sich in einer vorgegebenen Richtung erstreckt, und Masseelektroden, die jeweils in einer Richtung angeordnet sind, welche die vorgegebene Richtung in einem Abstand von der Signalelektrode schneidet. Wenn eine Abmessung einer Lücke zwischen der Signalelektrode und jeder der Masseelektroden in der Richtung, welche die vorgegebene Richtung schneidet, durch „g“ dargestellt ist, ist eine Abmessung des Hohlraums in einer Dickenrichtung des Substrats aus einem anorganischen Material gleich oder mehr als „g“.
In einer Ausführungsform umfasst die Wellenleitervorrichtung ferner eine Erdungselektrode, die zwischen dem Substrat aus einem anorganischen Material und dem Trägersubstrat angeordnet ist.
In einer Ausführungsform weist das Substrat aus einem anorganischen Material eine relative Dielektrizitätskonstante ε von 3,5 oder mehr und 12 oder weniger und einen dielektrischen Verlustfaktor (dielektrischen Verlust) tanδ von 0,003 oder weniger bei 300 GHz auf.
In einer Ausführungsform ist das Substrat aus einem anorganischen Material ein Quarzglassubstrat.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Wellenleitervorrichtung erhalten werden, die ein hervorragendes Leistungsvermögen bezüglich eines niedrigen Ausbreitungsverlusts über einem breiten Frequenzbereich in einem Hochfrequenzbereich von 30 GHz oder mehr aufweist, während sie einen Aufbau aufweist, bei dem das Substrat aus einem anorganischen Material auf einem Trägersubstrat montiert (durch dieses gestützt) ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Wellenleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Querschnittsansicht der Wellenleitervorrichtung entlang der Linie II-II' von 1.
3 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Wellenleitervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Wellenleitervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 ist eine Querschnittsansicht der Wellenleitervorrichtung entlang der Linie V-V' von 4.
6 ist eine schematische Querschnittsansicht zur Darstellung einer Modifizierung der Wellenleitervorrichtung von 2.
7 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Wellenleitervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8 ist eine Querschnittsansicht der Wellenleitervorrichtung entlang der Linie VIII-VIII' von 7.
9 ist eine Querschnittsansicht der Wellenleitervorrichtung entlang der Linie IX-IX' von 7.
10 ist eine Querschnittsansicht der Wellenleitervorrichtung entlang der Linie X-X' von 7.
11 ist eine schematische Querschnittsansicht zur Darstellung einer Modifizierung der Form von jeder von Durchkontaktierungen in der Wellenleitervorrichtung von 7.
12 ist eine schematische Querschnittsansicht zur Darstellung einer Modifizierung der Anordnung der Durchkontaktierungen in der Wellenleitervorrichtung von 11.
13 ist eine schematische Querschnittsansicht zur Darstellung einer Modifizierung der Anordnung der Durchkontaktierungen in der Wellenleitervorrichtung von 7.
14 ist eine schematische Querschnittsansicht zur Darstellung einer Modifizierung des Aufbaus von jeder der Durchkontaktierungen in der Wellenleitervorrichtung von 11.
15 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Wellenleitervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
16 ist eine Querschnittsansicht der Wellenleitervorrichtung entlang der Linie XVI-XVI' von 15.
17 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht der Wellenleitervorrichtung von 15.
18 ist eine schematische Querschnittsansicht zur Darstellung eines Zustands, bei dem der Leiterstift von 16 mit einem Isoliermaterial bedeckt ist.
19 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Wellenleitervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
20 ist eine schematische Querschnittsansicht zur Darstellung eines Beispiels der Anordnung eines Verbindungsabschnitts in der Wellenleitervorrichtung von 3.
21 ist eine schematische Querschnittsansicht zur Darstellung eines Beispiels der Anordnung eines Verbindungsabschnitts in der Wellenleitervorrichtung von 2.

Beschreibung von Ausführungsformen
Nachstehend sind Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt.
A. Gesamtaufbau der Wellenleitervorrichtung
A-1. Gesamtaufbau der Wellenleitervorrichtung 100
Die 1 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Wellenleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und die 2 ist eine Querschnittsansicht der Wellenleitervorrichtung entlang der Linie II-II' von 1.
Eine Wellenleitervorrichtung 100 des gezeigten Beispiels umfasst ein Wellenleiterelement 10, ein Trägersubstrat 20 und einen Abschnitt mit niedriger Dielektrizitätskonstante 50. Das Wellenleiterelement 10 kann eine elektromagnetische Welle mit einer Frequenz von 30 GHz oder mehr und 20 THz oder weniger, d.h., eine elektromagnetische Welle, die eine Millimeterwelle/Terahertzwelle ist, leiten. Die „Millimeterwelle“ ist typischerweise eine elektromagnetische Welle mit einer Frequenz von etwa 30 GHz bis etwa 300 GHz; und die „Terahertzwelle“ ist typischerweise eine elektromagnetische Welle mit einer Frequenz von etwa 300 GHz bis etwa 20 THz. Insbesondere kann das Wellenleiterelement 10 eine elektromagnetische Welle mit einer Frequenz von 30 GHz oder mehr und 2 THz oder weniger (insbesondere eine elektromagnetische Welle mit einer Frequenz von 30 GHz oder mehr und 1 THz oder weniger) leiten, während ein hervorragendes Leistungsvermögen bezüglich eines niedrigen Ausbreitungsverlusts sichergestellt ist.
Das Wellenleiterelement 10 bildet eine koplanare Leitung und umfasst: Ein Substrat aus einem anorganischen Material 1; und koplanare Elektroden 2, die oberhalb des Substrats aus einem anorganischen Material 1 angeordnet sind.
Das Trägersubstrat 20 ist unterhalb des Substrats aus einem anorganischen Material 1 angeordnet und ist zum Stützen des Wellenleiterelements 10 ausgebildet. Der Abschnitt mit niedriger Dielektrizitätskonstante 50 ist unterhalb des Substrats aus einem anorganischen Material 1 angeordnet und weist eine Dielektrizitätskonstante auf, die kleiner ist als die Dielektrizitätskonstante des Substrats aus einem anorganischen Material 1. Der Abschnitt mit niedriger Dielektrizitätskonstante 50 ist typischerweise ein Abschnitt mit niedriger Dielektrizitätskonstante mit einem Brechungsindex, der kleiner ist als der Brechungsindex des Substrats aus einem anorganischen Material 1.
Wie es später detailliert beschrieben ist, wird in dem Wellenleiterelement zur Bildung der koplanaren Leitung, wenn eine Spannung an die koplanaren Elektroden angelegt wird, ein elektrisches Feld erzeugt, und somit wird die vorstehend genannte elektromagnetische Hochfrequenzwelle zur Ausbreitung mit dem elektrischen Feld gekoppelt.
Wenn die vorstehend genannte elektromagnetische Hochfrequenzwelle (insbesondere eine elektromagnetische Welle mit einer Frequenz von 300 GHz oder mehr) mit einem solchen Aufbau geleitet wird, in dem das Wellenleiterelement durch das Trägersubstrat gestützt ist, kann der Ausbreitungsverlust der Wellenleitervorrichtung aufgrund des Bewirkens einer Plattenmode und/oder des Auftretens einer Substratresonanz beträchtlich zunehmen.
Eine Struktur, bei der die Dicke des Substrats aus einem anorganischen Material, auf dem die koplanaren Elektroden angeordnet sind, ausreichend klein gemacht wird, ist zum Verhindern einer Zunahme des Ausbreitungsverlusts aufgrund der Plattenmode oder der Substratresonanz effektiv. In diesem Fall entsteht jedoch ein neues Problem dahingehend, dass die elektromagnetische Welle, die sich ausbreiten soll, zu dem Trägersubstrat austritt, das unterhalb des Substrats aus einem anorganischen Material vorliegt, und somit der Ausbreitungsverlust aufgrund des dielektrischen Verlusts des Trägersubstrats zunimmt.
Ferner können, wenn der Abschnitt mit niedriger Dielektrizitätskonstante unterhalb des Substrats aus einem anorganischen Material angeordnet ist, auf dem die koplanaren Elektroden angeordnet sind, das Bewirken einer Plattenmode und das Auftreten einer Substratresonanz verhindert werden, während verhindert wird, dass ein elektrisches Feld über einem breiten Frequenzbereich in dem vorstehend genannten Hochfrequenzbereich zu dem Trägersubstrat austritt. Demgemäß kann die Wellenleitervorrichtung ein hervorragendes Leistungsvermögen bezüglich eines niedrigen Ausbreitungsverlusts über einem breiten Frequenzbereich in dem Hochfrequenzbereich sicherstellen.
Darüber hinaus wurde die Entwicklung einer kleinen Wellenleitervorrichtung vorangetrieben und zukünftig wird die Integration von Schaltkreisen erwartet. Demgemäß wird vorhergesagt, dass die Verkleinerung des Wellenleiterelements (Linien- bzw. Leitungsstruktur) zusammen mit dem Vorstehenden erforderlich ist. In der Wellenleitervorrichtung ist das Wellenleiterelement (Linien- bzw. Leitungsstruktur) durch das Trägersubstrat gestützt und somit kann das Substrat aus einem anorganischen Material, welches das Wellenleiterelement umfasst, dünner gemacht werden. Als Ergebnis kann das Erfordernis einer Verkleinerung erfüllt werden, während ein hervorragendes Leistungsvermögen bezüglich eines niedrigen Ausbreitungsverlusts über einem breiten Frequenzbereich in dem vorstehend genannten Hochfrequenzbereich sichergestellt ist.
In einer Ausführungsform erfüllt die Dicke des Substrats aus einem anorganischen Material 1 die folgende Formel (1): $t < \frac{λ}{α \sqrt{ε}}$
wobei „t“ die Dicke des Substrats aus einem anorganischen Material darstellt, λ die Wellenlänge einer elektromagnetischen Welle darstellt, die durch das Wellenleiterelement geleitet wird, ε die relative Dielektrizitätskonstante des Substrats aus einem anorganischen Material darstellt und „a“ einen Zahlenwert von 2 darstellt.
Wenn die Dicke des Substrats aus einem anorganischen Material die vorstehend genannte Formel (1) erfüllt, kann eine Verminderung des Ausbreitungsverlusts in dem Fall des Leitens der vorstehend genannten elektromagnetischen Hochfrequenzwelle erreicht werden.
In einer Ausführungsform beträgt die relative Dielektrizitätskonstante ε des Substrats aus einem anorganischen Material 1 bei 300 GHz typischerweise 3,5 oder mehr und beträgt typischerweise 12,0 oder weniger, vorzugsweise 10,0 oder weniger, mehr bevorzugt 5,0 oder weniger.
Der dielektrische Verlustfaktor (dielektrischer Verlust) tanδ des Substrats aus einem anorganischen Material 1 bei 300 GHz beträgt typischerweise 0,0030 oder weniger, vorzugsweise 0,0020 oder weniger, mehr bevorzugt 0,0015 oder weniger.
Wenn die relative Dielektrizitätskonstante ε und der dielektrische Verlustfaktor (dielektrischer Verlust) tanδ des Substrats aus einem anorganischen Material innerhalb der vorstehend genannten Bereiche liegen, kann ein hervorragendes Leistungsvermögen bezüglich eines niedrigen Ausbreitungsverlusts über einem breiten Frequenzbereich in dem vorstehend genannten Hochfrequenzbereich stabil sichergestellt werden. Die relative Dielektrizitätskonstante ε und der dielektrische Verlustfaktor (dielektrischer Verlust) tanδ können durch eine Terahertz-Zeitdomänenspektroskopie gemessen werden. Darüber hinaus sind hier, wenn die Messfrequenz bezüglich der relativen Dielektrizitätskonstante und des dielektrischen Verlustfaktors nicht genannt sind, die relative Dielektrizitätskonstante und der dielektrische Verlustfaktor bei 300 GHz gemeint.
Die Dicke des Substrats aus einem anorganischen Material 1 beträgt insbesondere 1 µm oder mehr, vorzugsweise 2 µm oder mehr, mehr bevorzugt 10 µm oder mehr, noch mehr bevorzugt 20 µm oder mehr und beträgt beispielsweise 300 µm oder weniger, vorzugsweise 200 µm oder weniger, mehr bevorzugt 100 µm oder weniger, noch mehr bevorzugt 70 µm oder weniger. Im Hinblick auf eine Verkleinerung durch eine Verminderung der Elektrodengröße beträgt die Dicke des Substrats aus einem anorganischen Material 1 besonders bevorzugt 60 µm oder weniger.
Wenn die Dicke des Substrats aus einem anorganischen Material 1 innerhalb der vorstehend genannten Bereiche liegt, kann ein hervorragendes Leistungsvermögen bezüglich eines niedrigen Ausbreitungsverlusts über einem breiten Frequenzbereich in dem vorstehend genannten Hochfrequenzbereich noch stabiler sichergestellt werden.
In einer Ausführungsform bildet das Wellenleiterelement 10 eine geerdete koplanare Leitung und umfasst eine Erdungselektrode 3. Die Erdungselektrode 3 ist zwischen dem Substrat aus einem anorganischen Material 1 und dem Trägersubstrat 20 angeordnet.
Wenn das Wellenleiterelement die Erdungselektrode umfasst, kann stabil verhindert werden, dass ein elektrisches Feld, das beim Anlegen einer Spannung am die koplanaren Elektroden erzeugt wird, zu dem Trägersubstrat austritt, und auch das Auftreten einer Substratresonanz kann verhindert werden.
Obwohl das Wellenleiterelement 10 des gezeigten Beispiels die geerdete koplanare Leitung bildet, kann das Wellenleiterelement der vorliegenden Erfindung keinerlei Erdungselektrode aufweisen, wie dies bei dem Wellenleiterelement 11 der Fall ist, das in der 3 gezeigt ist.
In einer Ausführungsform umfassen die koplanaren Elektroden 2 eine Signalelektrode 2a, eine erste Masseelektrode 2b und eine zweite Masseelektrode 2c. Die Signalelektrode 2a weist eine Linienform auf, die sich in einer vorgegebenen Richtung (Wellenleiterrichtung des Wellenleiterelements) erstreckt. Die Breite (Abmessung in einer Richtung senkrecht zur Wellenleiterrichtung) w der Signalelektrode 2a beträgt beispielsweise 2 µm oder mehr, vorzugsweise 20 µm oder mehr und beträgt beispielsweise 200 µm oder weniger, vorzugsweise 150 µm oder weniger. Die erste Masseelektrode 2b ist in einem Abstand von der Signalelektrode 2a in einer Richtung angeordnet, welche die Längsrichtung der Signalelektrode 2a schneidet (vorzugsweise senkrecht dazu ist). Die zweite Masseelektrode 2c ist auf der Seite gegenüber der ersten Masseelektrode 2b in Bezug auf die Signalelektrode 2a in der Richtung, welche die Längsrichtung der Signalelektrode 2a schneidet (vorzugsweise senkrecht dazu ist), angeordnet und ist in einem Abstand von der Signalelektrode 2a angeordnet. Folglich ist ein Zwischenraum (Lücke), der sich in der Längsrichtung der Signalelektrode 2a erstreckt, zwischen der Signalelektrode 2a und jeder der Masseelektroden 2b und 2c ausgebildet. Die Breite (Abmessung in einer Richtung, welche die Längsrichtung schneidet) g des Zwischenraums (Lücke) beträgt beispielsweise 2 µm oder mehr, vorzugsweise 5 µm oder mehr und beträgt beispielsweise 100 µm oder weniger, vorzugsweise 80 µm oder weniger.
Darüber hinaus können, wie es in der 6 gezeigt ist, die Masseelektroden 2b und 2c und die Erdungselektrode 3 leitend miteinander verbunden sein. Wenn die Masseelektroden 2b und 2c und die Erdungselektrode 3 leitend miteinander verbunden sind, kann die Erdung verstärkt werden und eine Streukapazität aufgrund einer umgebenden Leitung oder Vorrichtung kann verhindert werden.
In dem gezeigten Beispiel ist eine Mehrzahl von Durchgangslöchern 9 in dem Substrat aus einem anorganischen Material 1 ausgebildet und die Masseelektroden und die Erdungselektrode sind durch Durchkontaktierungen 6, die in den jeweiligen Durchgangslöchern 9 angeordnet sind, miteinander kurzgeschlossen. Die Anordnung der Mehrzahl von Durchkontaktierungen 6 (Durchgangslöchern) ist nicht speziell beschränkt. In dem gezeigten Beispiel ist die Mehrzahl von Durchkontaktierungen 6 (Durchgangslöchern) in der Längsrichtung der Signalelektrode 2a angeordnet. Die Durchkontaktierungen 6 sind jeweils typischerweise ein leitender Film, der auf der gesamten Innenoberfläche des entsprechenden Durchgangslochs ausgebildet ist. Jede der Durchkontaktierungen 6 umfasst ein leitendes Material und umfasst typischerweise das gleiche Metall (später beschrieben) wie dasjenige der koplanaren Elektroden 2. Die Gesamtheit des Inneren von jedem der Durchgangslöcher kann mit dem leitenden Material gefüllt sein. Wenn die Durchkontaktierungen jeweils aus einem Metallfilm ausgebildet sind, kann das Innere von jedem der Löcher mit dem leitenden Material gefüllt sein. Das leitende Material kann das gleiche Metall wie dasjenige von jeder der Durchkontaktierungen sein oder kann ein anderes Material sein, wie z.B. eine leitende Paste.
Die Wellenleitervorrichtung 100 kann ferner eine zweite Erdungselektrode 4 umfassen. Die Erdungselektrode 3 wird nachstehend manchmal als „erste Erdungselektrode 3“ bezeichnet. Darüber hinaus kann die Erdungselektrode 3 als „erste Metallschicht“ bezeichnet werden und die zweite Erdungselektrode 4 kann als „zweite Metallschicht“ bezeichnet werden. Die zweite Erdungselektrode 4 ist auf der Seite gegenüber der ersten Erdungselektrode 3 bezogen auf das Trägersubstrat 20 angeordnet. In dem gezeigten Beispiel ist die zweite Erdungselektrode 4 auf der Oberfläche des Trägersubstrats 20 auf der Seite gegenüber der ersten Erdungselektrode 3 ausgebildet und wird mit dem Trägersubstrat 20 in einen direkten Kontakt gebracht. Durch einen solchen Aufbau ist die erste Erdungselektrode zwischen dem Substrat aus einem anorganischen Material und dem Trägersubstrat angeordnet und die zweite Erdungselektrode ist auf der Seite gegenüber der ersten Erdungselektrode bezogen auf das Trägersubstrat angeordnet, und somit kann ein Austreten von elektromagnetischen Wellen zu dem Trägersubstrat besser verhindert werden.
Die Wellenleitervorrichtung 100 kann durch das Substrat verlaufende Durchkontaktierungen 22 umfassen, welche die erste Erdungselektrode 3 und die zweite Erdungselektrode 4 elektrisch miteinander verbinden. Die Wellenleitervorrichtung 100, die in der 6 gezeigt ist, umfasst die Durchkontaktierungen 6, welche die erste Erdungselektrode 3 und die Masseelektroden der koplanaren Elektroden 2 miteinander verbinden, und die durch das Substrat verlaufenden Durchkontaktierungen 22, welche die erste Erdungselektrode 3 und die zweite Erdungselektrode 4 miteinander verbinden, getrennt. Folglich kann die Erdung weiter verstärkt werden und somit kann eine Streukapazität aufgrund einer umgebenden Leitung oder Vorrichtung stabil verhindert werden.
Wie es in jeder von 1 und 2 gezeigt ist, ist der Abschnitt mit niedriger Dielektrizitätskonstante 50 in einer Ausführungsform ein Hohlraum. Mit anderen Worten, der Hohlraum wirkt als der Abschnitt mit niedriger Dielektrizitätskonstante 50 (Abschnitt mit niedrigem Brechungsindex). Insbesondere weist das Trägersubstrat 20 eine Aussparung 21 auf und der Hohlraum ist durch die untere Oberfläche des Substrats aus einem anorganischen Material 1 und die Aussparung 21 des Trägersubstrats 20 festgelegt. Typischerweise ist die Aussparung 21 von der oberen Oberfläche des Trägersubstrats 20 abwärts ausgespart und erstreckt sich in der gleichen Richtung wie diejenige der Signalelektrode 2a. Wenn die Erdungselektrode 3 auf der Innenoberfläche der Aussparung 21 angeordnet ist, kann der Hohlraum durch die untere Oberfläche des Substrats aus einem anorganischen Material 1 und die Erdungselektrode 3, die auf der Innenoberfläche der Aussparung 21 angeordnet ist, festgelegt sein. In einer Ausführungsform ist der Hohlraum (Abschnitt mit niedriger Dielektrizitätskonstante) 50 so angeordnet, dass er mindestens einen Teil der Signalelektrode in der Dickenrichtung des Substrats aus einem anorganischen Material 1 überlappt.
Der Abschnitt mit niedriger Dielektrizitätskonstante ist vorzugsweise ein Abschnitt mit einer Dielektrizitätskonstante von weniger als 3,5 und kann beispielsweise SiO₂, Magnesiumfluorid, Calciumfluorid oder ein Polymer mit niedriger Dielektrizitätskonstante (z.B. ein Polymer auf Teflon (Marke)-Basis mit einer relativen Dielektrizitätskonstante von 2,3) sein.
In dem Fall, bei dem der Abschnitt mit niedriger Dielektrizitätskonstante ein Hohlraum ist, kann verglichen mit dem Fall, bei dem der Abschnitt mit niedriger Dielektrizitätskonstante irgendein anderes Material umfasst, das Austreten einer elektromagnetischen Welle, die sich in dem Wellenleiterelement ausbreitet, aus dem Wellenleiterelement stabiler verhindert werden, und ein Ausbreitungsverlust (dielektrischer Verlust) in dem Abschnitt mit niedriger Dielektrizitätskonstante kann besser verhindert werden.
In einer Ausführungsform beträgt der untere Grenzwert der Abmessung „d“ des Hohlraums in der Dickenrichtung des Substrats aus einem anorganischen Material 1 gleich oder mehr als die Breite „g“ des Zwischenraums (Lücke), vorzugsweise 2g oder mehr. Der obere Grenzwert der Abmessung „d“ des Hohlraums in der Dickenrichtung des Substrats aus einem anorganischen Material 1 beträgt 20g oder weniger, vorzugsweise 5g oder weniger.
Wenn die Abmessung des Hohlraums mit den vorstehend genannten Untergrenzen identisch oder größer als diese ist, kann eine weitere Verminderung des Ausbreitungsverlusts in dem Fall erreicht werden, bei dem die vorstehend genannte elektromagnetische Hochfrequenzwelle geleitet wird.
Darüber hinaus ist in einer Ausführungsform der untere Grenzwert der Abmessung des Hohlraums in der Breitenrichtung (der Richtung senkrecht zu der Wellenleiterrichtung) des Substrats aus einem anorganischen Material 1 gleich der oder mehr als die Breite „w“ der Signalelektrode, vorzugsweise gleich dem oder mehr als der Wert des Ausdrucks „Breite „w“ der Signalelektrode + Breite „g“ des Zwischenraums (Lücke) × 2". Der obere Grenzwert der Abmessung des Hohlraums in der Breitenrichtung des Substrats aus einem anorganischen Material 1 ist mit dem Wert des Ausdrucks „Breite „w“ der Signalelektrode + Breite „g“ des Zwischenraums (Lücke) × 40" identisch oder kleiner als dieser, vorzugsweise mit dem Wert des Ausdrucks „Breite „w“ der Signalelektrode + Breite „g“ des Zwischenraums (Lücke) × 20" identisch oder kleiner als dieser.
Wenn der Abschnitt mit niedriger Dielektrizitätskonstante ein Abschnitt, ausgenommen ein Hohlraum, ist, kann der Abschnitt mit niedriger Dielektrizitätskonstante, der aus einem der vorstehend genannten Materialien ausgebildet ist, in der Aussparung 21 des Trägersubstrats 20 angeordnet werden.
Darüber hinaus ist, wie es in jeder von 4 und 5 gezeigt ist, das Folgende zulässig: Das Trägersubstrat 20 weist die Aussparung 21 nicht auf und ein Abschnitt mit niedriger Dielektrizitätskonstante 51, der aus einem der vorstehend genannten Materialien ausgebildet ist, ist zwischen dem Substrat aus einem anorganischen Material 1 und dem Trägersubstrat 20 angeordnet. In dem gezeigten Beispiel ist der Abschnitt mit niedriger Dielektrizitätskonstante 51 in einer schichtartigen Weise ausgebildet und zwischen dem Substrat aus einem anorganischen Material 1 und der Erdungselektrode 3 angeordnet. Die Bereiche der Abmessung „d“ des Abschnitts mit niedriger Dielektrizitätskonstante 51 in der Dickenrichtung des Substrats aus einem anorganischen Material 1 sind mit den Bereichen der Abmessung „d“ des Hohlraums in der Dickenrichtung des Substrats aus einem anorganischen Material 1, die vorstehend beschrieben sind, identisch.
A-2. Gesamtaufbau der Wellenleitervorrichtung 101
Die 7 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Wellenleitervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die 8 ist eine Querschnittsansicht der Wellenleitervorrichtung entlang der Linie VIII-VIII' von 7, die 9 ist eine Querschnittsansicht der Wellenleitervorrichtung entlang der Linie IX-IX' von 7 und die 10 ist eine Querschnittsansicht der Wellenleitervorrichtung entlang der Linie X-X' von 7.
Eine Wellenleitervorrichtung 101 des gezeigten Beispiels umfasst zusätzlich zu dem vorstehend genannten Substrat aus einem anorganischen Material 1, den vorstehend genannten koplanaren Elektroden 2, der vorstehend genannten ersten Erdungselektrode 3, dem vorstehend genannten Trägersubstrat 20 und der vorstehend genannten zweiten Erdungselektrode 4 ferner eine erste Durchkontaktierung 5 und eine zweite Durchkontaktierung 6. Die Wellenleitervorrichtung 101 kann einen später beschriebenen Verbindungsabschnitt umfassen, obwohl der Abschnitt nicht gezeigt ist.
In einer Ausführungsform verbindet die erste Durchkontaktierung 5 jede Masseelektrode der koplanaren Elektroden 2 und die zweite Erdungselektrode 4 elektrisch miteinander und ist mit der ersten Erdungselektrode 3 elektrisch verbunden. Die Wellenleitervorrichtung 101 umfasst die Mehrzahl von ersten Durchkontaktierungen 5, die vorstehend beschrieben worden sind. Die zweite Durchkontaktierung 6 verbindet die erste Erdungselektrode 3 und die Masseelektrode elektrisch miteinander. Die zweite Durchkontaktierung 6 ist zwischen den aneinander angrenzenden ersten Durchkontaktierungen 5 von der Mehrzahl von ersten Durchkontaktierungen 5 angeordnet. Durch einen solchen Aufbau verbinden die ersten Durchkontaktierungen die erste Erdungselektrode, die zweite Erdungselektrode und die Masseelektroden der koplanaren Elektroden elektrisch miteinander. Demgemäß kann die Erdung weiter verstärkt werden und somit kann eine Streukapazität aufgrund einer umgebenden Leitung oder Vorrichtung stabiler verhindert werden. Darüber hinaus kann dem Trägersubstrat eine hervorragende Wärmeableitungsfunktion verliehen werden und ein Durchlass in einer Mode hoher Ordnung kann verhindert werden. Darüber hinaus kann eine relative Positionsgenauigkeit zwischen einem Abschnitt in jeder der ersten Durchkontaktierungen, der zwischen der ersten Erdungselektrode und der entsprechenden Masseelektrode angeordnet ist, und einem Abschnitt darin, der zwischen der ersten Erdungselektrode und der zweiten Erdungselektrode angeordnet ist, einfach sichergestellt werden. Demgemäß kann das Auftreten einer Welligkeit verglichen mit dem Fall verhindert werden, bei dem die Durchkontaktierungen, welche die erste Erdungselektrode und die Masseelektroden miteinander verbinden, und die Durchkontaktierungen, welche die erste Erdungselektrode und die zweite Erdungselektrode miteinander verbinden, getrennt angeordnet sind (vgl. die 6). Darüber hinaus kann die Wellenleitervorrichtung 101, welche die ersten Durchkontaktierungen 5 umfasst, verglichen mit der Wellenleitervorrichtung 100, die in der 6 gezeigt ist, problemlos hergestellt werden.
Ferner ist die zweite Durchkontaktierung zwischen den ersten Durchkontaktierungen angeordnet, die aneinander angrenzen, und somit kann ein Abstand zwischen jeder der ersten Durchkontaktierungen und der zweiten Durchkontaktierung in dem Substrat aus einem anorganischen Material kleiner gemacht werden als ein Abstand zwischen den ersten Durchkontaktierungen in dem Trägersubstrat. Demgemäß kann selbst dann, wenn das Substrat aus einem anorganischen Material dünner gemacht wird, die Festigkeit des Substrats aus einem anorganischen Material ausreichend sichergestellt werden.
A-2-1. Erste Durchkontaktierungen
Wie es in der 7 gezeigt ist, sind in der Wellenleitervorrichtung 101 die ersten Durchkontaktierungen 5 auf beiden Seiten der Signalelektrode 2a in einer Richtung angeordnet, welche die Längsrichtung der Signalelektrode 2a schneidet (vorzugsweise senkrecht dazu). Nachstehend können die erste Durchkontaktierung, welche die erste Masseelektrode 2b und die zweite Erdungselektrode 4 elektrisch miteinander verbindet, und die erste Durchkontaktierung, welche die zweite Masseelektrode 2c und die zweite Erdungselektrode 4 elektrisch miteinander verbindet, dadurch voneinander unterschieden werden, dass sie als „erste Durchkontaktierung 5a“ bzw. „erste Durchkontaktierung 5b“ bezeichnet werden.
Wie es in der 8 gezeigt ist, wird die erste Durchkontaktierung 5a mit der ersten Masseelektrode 2b und der zweiten Erdungselektrode 4 in Kontakt gebracht und erstreckt sich kontinuierlich zwischen der ersten Masseelektrode 2b und der zweiten Erdungselektrode 4. Die erste Durchkontaktierung 5b wird mit der zweiten Masseelektrode 2c und der zweiten Erdungselektrode 4 in Kontakt gebracht und erstreckt sich kontinuierlich zwischen der zweiten Masseelektrode 2c und der zweiten Erdungselektrode 4. Jede der ersten Durchkontaktierungen 5a und 5b tritt durch die erste Erdungselektrode 3 hindurch und wird mit der ersten Erdungselektrode 3 in Kontakt gebracht. Die Wellenleitervorrichtung kann nur eine der ersten Durchkontaktierung 5a oder 5b umfassen.
Die ersten Durchkontaktierungen 5 sind jeweils typischerweise ein leitender Film. Jede der ersten Durchkontaktierungen 5 umfasst ein leitendes Material und umfasst typischerweise das gleiche Metall (später beschrieben) wie dasjenige von jeder der koplanaren Elektroden 2. Die Form von jeder der ersten Durchkontaktierungen 5 entspricht der Form eines ersten Durchgangslochs 8, in dem die Durchkontaktierung angeordnet ist. Mit anderen Worten, die Wellenleitervorrichtung 101 umfasst eine Mehrzahl der ersten Durchgangslöcher 8 entsprechend der Mehrzahl von ersten Durchkontaktierungen 5. Die ersten Durchgangslöcher 8 treten jeweils durch das Substrat aus einem anorganischen Material 1, die erste Erdungselektrode 3 und das Trägersubstrat 20 hindurch. Die ersten Durchgangslöcher 8 weisen bei einer Betrachtung von oberhalb des Substrats aus einem anorganischen Material 1 jeweils typischerweise eine Kreisform auf. Wenn die ersten Durchgangslöcher jeweils eine Kreisform aufweisen, beträgt der Innendurchmesser von jedem der ersten Durchgangslöcher beispielsweise 10 µm oder mehr, vorzugsweise 20 µm oder mehr und beträgt beispielsweise 200 µm oder weniger, vorzugsweise 100 µm oder weniger, mehr bevorzugt 80 µm oder weniger.
In der 8 weist jedes der ersten Durchgangslöcher 8 bei einer Betrachtung von oberhalb des Substrats aus einem anorganischen Material 1 eine Kreisform auf und tritt durch das Substrat aus einem anorganischen Material 1, die erste Erdungselektrode 3 und das Trägersubstrat 20 in der Dickenrichtung des Substrats aus einem anorganischen Material 1 linear hindurch. In dem Fall, bei dem die ersten Durchgangslöcher kreisförmig und linear sind, weisen die ersten Durchkontaktierungen 5 jeweils eine Säulenform oder zylindrische Form auf, die sich in der Dickenrichtung des Substrats aus einem anorganischen Material 1 erstreckt. In diesem Fall sind die Bereiche des Außendurchmessers von jeder der ersten Durchkontaktierungen 5 mit den vorstehend beschriebenen Bereichen des Innendurchmessers von jedem der ersten Durchgangslöcher identisch.
Wie es in der 11 gezeigt ist, kann jedes der ersten Durchgangslöcher 8 bei einer Betrachtung von oberhalb des Substrats aus einem anorganischen Material 1 eine Kreisform aufweisen und eine derartige sich verjüngende Form aufweisen, dass dessen Durchmesser kleiner wird, wenn dessen Abstand von der ersten Erdungselektrode 3 geringer wird. Darüber hinaus kann jedes der ersten Durchgangslöcher 8 bei einer Betrachtung von oberhalb des Substrats aus einem anorganischen Material 1 eine Kreisform aufweisen und eine derartige sich verjüngende Form aufweisen, dass dessen Durchmesser größer wird, wenn dessen Abstand von der ersten Erdungselektrode 3 geringer wird, obwohl die sich verjüngende Form nicht gezeigt ist.
Wenn die ersten Durchgangslöcher jeweils eine sich verjüngende Form aufweisen, können jedem der Durchgangslöcher die folgenden Merkmale verliehen werden: Es wird einfacher, den leitenden Film in der ersten Durchkontaktierung zu bilden; und es wird einfacher, die Festigkeit des Trägersubstrats sicherzustellen. Darüber hinaus können die ersten Durchkontaktierungen so ausgebildet werden, dass das leitende Material in jedem der ersten Durchgangslöcher eingebettet werden kann.
Wenn die ersten Durchgangslöcher jeweils eine Kreisform und eine sich verjüngende Form aufweisen, weisen die ersten Durchkontaktierungen 5 jeweils vorzugsweise eine derartige Sanduhrform auf, dass deren Abschnitt, der mit der ersten Erdungselektrode 3 in Kontakt ist, einen kleinen Durchmesser aufweist, und deren Durchmesser größer wird, wenn deren Abstand von der ersten Erdungselektrode 3 größer wird. Mit anderen Worten, die ersten Durchkontaktierungen 5 weisen jeweils vorzugsweise eine Form auf, die durch Verbinden der Spitzen von zwei Kegeln miteinander erhalten wird. In diesem Fall liegt der maximale Außendurchmesser von jeder der ersten Durchkontaktierungen 5 innerhalb der vorstehend genannten Bereiche. In einer Ausführungsform ist der Außendurchmesser eines Endabschnitts von jeder der ersten Durchkontaktierungen 5 in Kontakt mit der entsprechenden Masseelektrode kleiner als der Außendurchmesser des anderen Endabschnitts der ersten Durchkontaktierung 5 in Kontakt mit der zweiten Erdungselektrode. In jeder der ersten Durchkontaktierungen 5 ist ein Kegelwinkel auf der Seite der koplanaren Elektroden 2 bezogen auf die erste Erdungselektrode kleiner als ein Kegelwinkel auf der Seite der zweiten Erdungselektrode bezogen auf die erste Erdungselektrode.
In dem gezeigten Beispiel sind die Masseelektroden der koplanaren Elektroden und die zweite Erdungselektrode jeweils so ausgebildet, dass sie die ersten Durchgangslöcher verschließen. Die Konfigurationen der Masseelektroden und der zweiten Erdungselektrode sind jedoch nicht darauf beschränkt. Jede der Masseelektroden und der zweiten Erdungselektrode muss lediglich zu den ersten Durchkontaktierungen geführt werden und kann geöffnet werden, ohne die ersten Durchgangslöcher zu verschließen.
Ein Abstand P1 zwischen der Mehrzahl von ersten Durchkontaktierungen 5a (der Abstand zwischen den Mitten der ersten Durchkontaktierungen 5, die aneinander angrenzen) beträgt beispielsweise 40 µm oder mehr, vorzugsweise 60 µm oder mehr und beträgt beispielsweise 600 µm oder weniger, vorzugsweise 400 µm oder weniger, mehr bevorzugt 200 µm oder weniger.
Darüber hinaus ist in der Wellenleitervorrichtung 101, die in jeder von 7 bis 11 gezeigt ist, die Mehrzahl von ersten Durchkontaktierungen 5 in einem Abstand voneinander in der Längsrichtung der Signalelektrode 2a angeordnet. Die Richtung, in der die Mehrzahl von ersten Durchkontaktierungen 5 angeordnet ist, ist nicht auf die Längsrichtung der Signalelektrode 2a beschränkt. Wie es in der 13 gezeigt ist, kann die Mehrzahl von ersten Durchkontaktierungen 5 in einem Abstand voneinander in einer Richtung angeordnet sein, welche die Längsrichtung der Signalelektrode 2a schneidet (vorzugsweise senkrecht dazu). Darüber hinaus kann die Wellenleitervorrichtung in der Richtung, welche die Längsrichtung der Signalelektrode 2a schneidet (vorzugsweise senkrecht dazu), eine Mehrzahl von Reihen der ersten Durchkontaktierungen 5 umfassen, die in der Längsrichtung der Signalelektrode 2a angeordnet sind.
A-2-2. Zweite Durchkontaktierungen
Wie es in der 7 gezeigt ist, sind in der Wellenleitervorrichtung 101 die zweiten Durchkontaktierungen 6 auf beiden Seiten der Signalelektrode 2a in einer Richtung angeordnet, welche die Längsrichtung der Signalelektrode 2a schneidet (vorzugsweise senkrecht dazu). Nachstehend können die zweite Durchkontaktierung, welche die erste Masseelektrode 2b und die erste Erdungselektrode 3 elektrisch miteinander verbindet, und die zweite Durchkontaktierung, welche die zweite Masseelektrode 2c und die erste Erdungselektrode 3 elektrisch miteinander verbindet, dadurch voneinander unterschieden werden, dass sie als „zweite Durchkontaktierung 6a“ bzw. „zweite Durchkontaktierung 6b“ bezeichnet werden. Die zweite Durchkontaktierung 6a wird mit der ersten Masseelektrode 2b und der ersten Erdungselektrode 3 in Kontakt gebracht und weist keinen Kontakt mit der zweiten Erdungselektrode 4 auf. Die zweite Durchkontaktierung 6b wird mit der zweiten Masseelektrode 2c und der ersten Erdungselektrode 3 in Kontakt gebracht und weist keinen Kontakt mit der zweiten Erdungselektrode 4 auf. Die Wellenleitervorrichtung kann nur eine der zweiten Durchkontaktierung 6a oder 6b umfassen.
Die zweiten Durchkontaktierungen 6 sind jeweils typischerweise ein leitender Film. Jede der zweiten Durchkontaktierungen 6 umfasst ein leitendes Material und umfasst typischerweise das gleiche Metall (später beschrieben) wie dasjenige der ersten Durchkontaktierungen 5. Die Form von jeder der zweiten Durchkontaktierungen 6 entspricht der Form eines zweiten Durchgangslochs 9, in dem die Durchkontaktierung angeordnet ist. Mit anderen Worten, die Wellenleitervorrichtung 101 umfasst die zweiten Durchgangslöcher 9, die den zweiten Durchkontaktierungen 6 entsprechen.
Wie es in der 9 gezeigt ist, tritt jedes der zweiten Durchgangslöcher 9 durch mindestens das Substrat aus einem anorganischen Material 1 hindurch und tritt nicht durch das Trägersubstrat 20 hindurch. Die zweiten Durchgangslöcher 9 weisen bei einer Betrachtung von oberhalb des Substrats aus einem anorganischen Material 1 jeweils typischerweise eine Kreisform auf. Wenn die zweiten Durchgangslöcher jeweils eine Kreisform aufweisen, sind die Bereiche des Innendurchmessers von jedem der zweiten Durchgangslöcher beispielsweise mit den vorstehend beschriebenen Bereichen des Innendurchmessers von jedem der ersten Durchgangslöcher identisch.
Jedes der zweiten Durchgangslöcher 9 des gezeigten Beispiels tritt linear durch Substrat aus einem anorganischen Material 1 in der Dickenrichtung des Substrats aus einem anorganischen Material 1 hindurch und tritt nicht durch die erste Erdungselektrode 3 hindurch. In dem Fall, bei dem die zweiten Durchgangslöcher 9 kreisförmig und linear sind, weisen die zweiten Durchkontaktierungen 6 jeweils eine Säulenform oder eine zylindrische Form auf, die sich in der Dickenrichtung des Substrats aus einem anorganischen Material 1 erstreckt. In diesem Fall sind die Bereiche des Außendurchmessers von jeder der zweiten Durchkontaktierungen 6 beispielsweise mit den vorstehend beschriebenen Bereichen des Innendurchmessers von jedem der zweiten Durchgangslöcher identisch.
Wie es in der 11 gezeigt ist, können die zweiten Durchgangslöcher 9 jeweils eine konische Form aufweisen, die sich verjüngt, wenn deren Abstand von den koplanaren Elektroden 2 größer wird. Jedes der zweiten Durchgangslöcher 9 des gezeigten Beispiels tritt durch das Substrat aus einem anorganischen Material 1 und die erste Erdungselektrode 3 hindurch und dessen Spitze erreicht das Trägersubstrat 20. In dem Fall, bei dem die zweiten Durchgangslöcher 9 konische Formen aufweisen, weisen die zweiten Durchkontaktierungen 6 vorzugsweise die gleichen konischen Formen wie diejenigen der zweiten Durchgangslöcher 9 auf. In diesem Fall liegt der maximale Außendurchmesser von jedem der zweiten Durchkontaktierungen 6 innerhalb der vorstehend beschriebenen Bereiche des Innendurchmessers von jedem der zweiten Durchgangslöcher. Darüber hinaus können die Spitzenabschnitte der zweiten Durchkontaktierungen 6 (Endabschnitte der zweiten Durchkontaktierungen 6 auf der Seite, die den koplanaren Elektroden 2 gegenüberliegt) das Trägersubstrat 20 erreichen.
In dem gezeigten Beispiel sind die Masseelektroden so ausgebildet, dass sie die zweiten Durchgangslöcher verschließen. Die Konfigurationen der Masseelektroden sind jedoch nicht darauf beschränkt. Jede der Masseelektroden muss lediglich zu den zweiten Durchkontaktierungen geführt werden und kann geöffnet sein, ohne die zweiten Durchgangslöcher zu verschließen.
Wie es in jeder von 10 bis 13 gezeigt ist, sind die zweiten Durchkontaktierungen 6 von der Mehrzahl von ersten Durchkontaktierungen 5, die in einer vorgegebenen Richtung angeordnet sind, jeweils zwischen den aneinander angrenzenden ersten Durchkontaktierungen 5 angeordnet. Die zweiten Durchkontaktierungen 6 sind jeweils typischerweise in der Mitte eines Abstands zwischen den aneinander angrenzenden ersten Durchkontaktierungen 5 angeordnet.
Die Wellenleitervorrichtung 101 des gezeigten Beispiels umfasst die Mehrzahl von zweiten Durchkontaktierungen 6 (die Mehrzahl von zweiten Durchkontaktierungen 6a und die Mehrzahl von zweiten Durchkontaktierungen 6b). Die zweiten Durchkontaktierungen 6, die in jeder von 7 bis 12 gezeigt sind, sind jeweils zwischen den ersten Durchkontaktierungen 5 angeordnet, die in der Längsrichtung der Signalelektrode 2a aneinander angrenzen. Die zweiten Durchkontaktierungen 6, die in der 13 gezeigt sind, sind jeweils zwischen den aneinander angrenzenden ersten Durchkontaktierungen 5 in einer Richtung angeordnet, welche die Längsrichtung der Signalelektrode 2a schneidet (vorzugsweise senkrecht dazu).
Darüber hinaus kann jede der zweiten Durchkontaktierungen 6 an jedweder geeigneten Position angeordnet werden, solange die Durchkontaktierung zwischen den aneinander angrenzenden ersten Durchkontaktierungen 5 vorliegt. Die zweiten Durchkontaktierungen 6 können für alle „n“ ersten Durchkontaktierungen 5 in der Richtung angeordnet sein, in der die Mehrzahl von ersten Durchkontaktierungen angeordnet ist. „n“ stellt beispielsweise 1 oder mehr und 5 oder weniger, vorzugsweise 1 oder 2 dar. Es ist mehr bevorzugt, dass die ersten Durchkontaktierungen 5 und die zweiten Durchkontaktierungen 6 abwechselnd angeordnet sind. Darüber hinaus können alle der Mehrzahl von zweiten Durchkontaktierungen 6 jeweils zwischen den aneinander angrenzenden ersten Durchkontaktierungen 5 angeordnet sein, wie es in jeder von 10 und 11 gezeigt ist, oder die zweite Durchkontaktierung 6, die nicht zwischen den ersten Durchkontaktierungen 5 angeordnet ist, kann so vorliegen, wie es in der 12 gezeigt, solange mindestens eine der Durchkontaktierungen zwischen den aneinander angrenzenden ersten Durchkontaktierungen 5 angeordnet ist.
Wie es in der 11 gezeigt ist, beträgt ein Abstand P2 zwischen der ersten Durchkontaktierung 5 und der zweiten Durchkontaktierung 6, die aneinander angrenzen (der Abstand zwischen den Mitten der ersten Durchkontaktierung 5 und der zweiten Durchkontaktierung 6, die aneinander angrenzen) im Wesentlichen 1/2 des Abstands P1 (Abstand zwischen den Mitten der ersten Durchkontaktierungen 5, die aneinander angrenzen), und der Abstand beträgt beispielsweise 25 µm oder mehr, vorzugsweise 60 µm oder mehr und beträgt beispielsweise 600 µm oder weniger, vorzugsweise 400 µm oder weniger, mehr bevorzugt 200 µm oder weniger.
Wenn die zweiten Durchkontaktierungen 6 jeweils zwischen den aneinander angrenzenden ersten Durchkontaktierungen 5 angeordnet sind, wie es vorstehend beschrieben ist, kann der Abstand P2 zwischen der ersten Durchkontaktierung 5 und der zweiten Durchkontaktierung 6 in dem Substrat aus einem anorganischen Material 1 kleiner gemacht werden als der Abstand P1 zwischen den ersten Durchkontaktierungen 5 in dem Trägersubstrat 20. Demgemäß kann selbst dann, wenn das Substrat aus einem anorganischen Material dünner gemacht wird, die Festigkeit des Substrats aus einem anorganischen Material ausreichend sichergestellt werden.
A-2-3. Modifizierung der Wellenleitervorrichtung 101
Darüber hinaus kann, wie es in der 14 gezeigt ist, die Wellenleitervorrichtung 101 die zweite Durchkontaktierung 6 nicht aufweisen, während sie die ersten Durchkontaktierungen 5 umfasst. Wenn jedoch die ersten Durchgangslöcher 8 jeweils eine solche sich verjüngende Form aufweisen, dass deren Durchmesser größer wird, wenn deren Abstand von der ersten Erdungselektrode 3 größer wird, und die Dicke des Trägersubstrats 20 größer ist als diejenige des Substrats aus einem anorganischen Material 1, wie es in der 14 gezeigt ist, wird der Außendurchmesser eines Endabschnitts von jeder der ersten Durchkontaktierungen 5 in Kontakt mit der entsprechenden Masseelektrode in manchen Fällen kleiner als der Außendurchmesser des anderen Endabschnitts der ersten Durchkontaktierung 5 in Kontakt mit der zweiten Erdungselektrode 4. In solchen Fällen können, wenn der Abstand P zwischen der Mehrzahl von ersten Durchkontaktierungen 5 vermindert wird, wie dies bei dem vorstehend genannten Abstand P2 der Fall ist, ohne dass die zweite Durchkontaktierung 6 angeordnet ist, sich die anderen Endabschnitte der ersten Durchkontaktierungen 5 gegenseitig stören. Demgemäß ist es bevorzugt, dass die Wellenleitervorrichtung 101 die ersten Durchkontaktierungen 5 und die zweiten Durchkontaktierungen 6 umfasst und die zweiten Durchkontaktierungen 6 jeweils zwischen den aneinander angrenzenden ersten Durchkontaktierungen 5 angeordnet sind, da dann die Störung zwischen den ersten Durchkontaktierungen 5 verhindert werden kann.
A-3. Gesamtaufbau der Wellenleitervorrichtung 102
Die 15 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Wellenleitervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die 16 ist eine Querschnittsansicht der Wellenleitervorrichtung entlang der Linie XVI-XVI' von 15 und die 17 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht der Wellenleitervorrichtung von 15.
Eine Wellenleitervorrichtung 102 des gezeigten Beispiels umfasst zusätzlich zu dem vorstehend genannten Substrat aus einem anorganischen Material 1, den vorstehend genannten koplanaren Elektroden 2, der vorstehend genannten ersten Erdungselektrode 3, dem vorstehend genannten Trägersubstrat 20 und der vorstehend genannten zweiten Erdungselektrode 4 ferner die Mehrzahl von durch das Substrat verlaufenden Durchkontaktierungen 22. Die Wellenleitervorrichtung 102 kann einen später beschriebenen Verbindungsabschnitt umfassen, obwohl der Abschnitt nicht gezeigt ist.
Die Mehrzahl von durch das Substrat verlaufenden Durchkontaktierungen 22 verbindet jeweils die erste Erdungselektrode 3 und die zweite Erdungselektrode 4 elektrisch miteinander. Die erste Erdungselektrode 3, die zweite Erdungselektrode 4 und die Mehrzahl von durch das Substrat verlaufenden Durchkontaktierungen 22 bilden einen Substratintegrierten Wellenleiter (hier nachstehend als „SIW“ bezeichnet), durch den sich eine elektromagnetische Welle ausbreiten kann. Folglich kann der SIW in dem Trägersubstrat angeordnet werden und folglich kann das Trägersubstrat effektiv als Wellenleiter genutzt werden.
In einer Ausführungsform umfassen die koplanaren Elektroden 2 zusätzlich zu der Signalelektrode 2a, der ersten Masseelektrode 2b und der zweiten Masseelektrode 2c, die vorstehend beschrieben worden sind, ferner eine dritte Masseelektrode 2d. In dieser Ausführungsform ist ein Endabschnitt der Signalelektrode 2a zwischen der ersten Masseelektrode 2b und der zweiten Masseelektrode 2c angeordnet, die in einem Abstand voneinander angeordnet sind. Die erste Masseelektrode 2b und die zweite Masseelektrode 2c können elektrisch mit einer externen Vorrichtung (nicht gezeigt) verbunden werden. Die dritte Masseelektrode 2d ist in einem vorgegebenen Abstand von dem anderen Endabschnitt der Signalelektrode 2a angeordnet. Die dritte Masseelektrode 2d weist bei einer Betrachtung von oben im Wesentlichen eine C-Form auf und umgibt den anderen Endabschnitt der Signalelektrode 2a. Die koplanaren Elektroden 2 können frei von der dritten Masseelektrode 2d sein.
Darüber hinaus kann die Wellenleitervorrichtung 102 ferner die vorstehend genannten Durchkontaktierungen 6 umfassen. Folglich kann die Erdung verstärkt werden und somit kann eine Streukapazität aufgrund einer umgebenden Leitung oder Vorrichtung verhindert werden. In dem gezeigten Beispiel sind die Masseelektroden 2b, 2c und 2d mit der ersten Erdungselektrode 3 durch die Mehrzahl von Durchkontaktierungen 6 jeweils elektrisch verbunden.
Die Mehrzahl von durch das Substrat verlaufenden Durchkontaktierungen 22 tritt jeweils durch das Trägersubstrat 20 in dessen Dickenrichtung hindurch und ist periodisch in dem Trägersubstrat 20 angeordnet. Die Mehrzahl von durch das Substrat verlaufenden Durchkontaktierungen 22 umfasst typischerweise eine erste Durchkontaktierungsreihe 22a und eine zweite Durchkontaktierungsreihe 22b. Jede der ersten Durchkontaktierungsreihe 22a und der zweiten Durchkontaktierungsreihe 22b ist aus einer Mehrzahl von durch das Substrat verlaufenden Durchkontaktierungen 22 ausgebildet, die in einem Abstand voneinander in einer vorgegebenen Richtung angeordnet sind. Die zweite Durchkontaktierungsreihe 22b ist entfernt von der ersten Durchkontaktierungsreihe 22a in einer Richtung angeordnet, die senkrecht zu der Richtung ist, in der sich die erste Durchkontaktierungsreihe 22a erstreckt. In einer Ausführungsform wirkt ein Bereich in dem Trägersubstrat 20, der durch die erste Erdungselektrode 3, die zweite Erdungselektrode 4, die erste Durchkontaktierungsreihe 22a und die zweite Durchkontaktierungsreihe 22b umgeben ist, als der SIW. In dem gezeigten Beispiel ist der Hohlraum (Abschnitt mit niedriger Dielektrizitätskonstante) 50 mit dem SIW in der Richtung ausgerichtet, in der sich die erste Durchkontaktierungsreihe 22a erstreckt.
Wie es in der 16 gezeigt ist, umfasst jede der durch das Substrat verlaufenden Durchkontaktierungen 22 ein Leitermaterial und umfasst typischerweise das gleiche Metall (später beschrieben) wie dasjenige von jeder der koplanaren Elektroden 2. Die durch das Substrat verlaufenden Durchkontaktierungen 22 sind jeweils in einem Substrat-Durchgangsloch 24 angeordnet. D.h., eine Wellenleitervorrichtung 103 weist eine Mehrzahl der Substrat-Durchgangslöcher 24 entsprechend der Mehrzahl von durch das Substrat verlaufenden Durchkontaktierungen 22 auf. In dem gezeigten Beispiel treten die Substrat-Durchgangslöcher 24 zusammen durch die erste Erdungselektrode 3, das Trägersubstrat 20 und die zweite Erdungselektrode 4 hindurch. Die durch das Substrat verlaufenden Durchkontaktierungen 22 sind jeweils typischerweise ein leitender Film, der über der gesamten Innenoberfläche der Substrat-Durchgangslöcher 24 ausgebildet ist. Die Substrat-Durchgangslöcher 24 können nur durch das Trägersubstrat hindurchtreten, ohne durch die erste Erdungselektrode und die zweite Erdungselektrode hindurchzutreten. In diesem Fall wird bewirkt, dass die durch das Substrat verlaufenden Durchkontaktierungen die zweiten Durchgangslöcher derart füllen, dass sie mit der ersten Erdungselektrode und der zweiten Erdungselektrode in Kontakt gebracht werden. Darüber hinaus kann, wenn die durch das Substrat verlaufenden Durchkontaktierungen 22 zum leitenden Verbinden der ersten Erdungselektrode 3 und der zweiten Erdungselektrode 4 miteinander jeweils aus einem Leiterfilm ausgebildet sind, deren Inneres mit einem Material wie z.B. einem Harz gefüllt werden.
In der Wellenleitervorrichtung 102 kann eine Übertragungsleitung, die durch die Signalelektrode 2a und den SIW gebildet wird, unabhängig sein oder kann gekoppelt sein, so dass die Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle ermöglicht wird. In einer Ausführungsform ist eine Übertragungsleitung (koplanare Übertragungsleitung), die durch jede der koplanaren Elektroden 2 und den SIW ausgebildet ist, durch einen Leiterstift 25 gekoppelt sein. Folglich kann die Ausbreitungsmode der elektromagnetischen Welle zwischen einer Übertragungsleitungsmode und einer Wellenleitermode umgewandelt werden. Beispielsweise kann eine elektromagnetische Welle (Signal) in der Übertragungsleitungsmode, die sich durch das Substrat aus einem anorganischen Material ausbreitet, über den Leiterstift in eine elektromagnetische Welle in der Wellenleitermode umgewandelt werden, die sich durch das Trägersubstrat ausbreitet. Das Trägersubstrat kann als Antenne zum räumlichen Abstrahlen der elektromagnetischen Welle wirken, die sich in der Wellenleitermode in der Ebenenrichtung des Substrats ausbreitet.
Der Leiterstift 25 tritt durch das Substrat aus einem anorganischen Material 1 von der Signalelektrode 2a hindurch, so dass er den SIW in dem Trägersubstrat 20 erreicht. Der Leiterstift 25 kann als Ausbreitungsmedium für eine elektromagnetische Welle dienen. Der Leiterstift 25 umfasst ein Leitermaterial und umfasst typischerweise das gleiche Metall (später beschrieben) wie dasjenige der koplanaren Elektroden 2. In dem gezeigten Beispiel erstreckt sich der Leiterstift 25 in der Dickenrichtung des Substrats aus einem anorganischen Material 1. Der Leiterstift 25 kann eine Pfostenform, wie z.B. eine Säulenform, aufweisen oder kann eine Röhrenform (hohle Form), wie z.B. eine zylindrische Form, aufweisen. Der Basisendabschnitt des Leiterstifts 25 ist mit einem Endabschnitt der Signalelektrode 2a verbunden. Der freie Endabschnitt des Leiterstifts 25 wird in ein Einsetzloch 26 eingesetzt, das in dem Trägersubstrat 20 ausgebildet ist (vgl. die 17). Das Einsetzloch 26 ist zwischen der ersten Durchkontaktierungsreihe 22a und der zweiten Durchkontaktierungsreihe 22b angeordnet und ist neben der Aussparung 21 angeordnet. Der Abschnitt des Leiterstifts 25 zwischen dem Basisendabschnitt und dem freien Endabschnitt wird in eine Öffnung 31 eingesetzt, welche die erste Erdungselektrode 3 aufweist.
Der Leiterstift 25 ist vorzugsweise von der ersten Erdungselektrode 3 isoliert. In einer Ausführungsform, wie sie in der 17 gezeigt ist, bildet die Öffnung 31 eine Luftschicht um den Leiterstift 25. Die Öffnung 31 ist größer als die Kontur des Leiterstifts 25 und der gesamte Umfang der Öffnung 31 ist entfernt von dem Leiterstift 25 angeordnet. Folglich kann der Leiterstift von der ersten Erdungselektrode isoliert sein und deshalb können die Signalelektrode und die erste Erdungselektrode stabil isoliert werden. Darüber hinaus kann eine Substratresonanz aufgrund des Austretens eines elektrischen Felds zu dem Trägersubstrat noch besser verhindert werden. Ferner kann der Einfluss des dielektrischen Verlusts verglichen mit einer Struktur, bei der die Luftschicht mit einem Harz gefüllt ist, verhindert werden.
Wie es in der 18 gezeigt ist, kann der Umfang des Leiterstifts 25 mit einem Isoliermaterial 15 bedeckt sein. Auch in diesem Fall kann der Leiterstift von der ersten Erdungselektrode isoliert sein. Beispiele für das Isoliermaterial umfassen ein Harz und SiO₂.
A-4. Gesamtaufbau der Wellenleitervorrichtung 103
Die 19 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Wellenleitervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der 19 sind eine Masseelektrode und eine Durchkontaktierung aus Gründen der Zweckmäßigkeit weggelassen.
Die Wellenleitervorrichtung 103 umfasst eine Mehrzahl von Signalelektroden, die entfernt voneinander angeordnet sind. Demgemäß umfasst die Wellenleitervorrichtung 103 eine Mehrzahl von Übertragungsleitungen, die den Signalelektroden entsprechen. Insbesondere umfasst die Wellenleitervorrichtung 103: Die koplanaren Elektroden 2, welche die erste Signalelektrode 2a und eine zweite Signalelektrode 2e umfassen; und einen ersten Leiterstift und einen zweiten Leiterstift (nicht gezeigt). Darüber hinaus umfasst die Wellenleitervorrichtung 103 den ersten Hohlraum (erster Abschnitt mit niedriger Dielektrizitätskonstante) 50 und den zweiten Hohlraum (zweiter Abschnitt mit niedriger Dielektrizitätskonstante) 51. Der erste Hohlraum 50 ist so angeordnet, dass er mindestens einen Teil der ersten Signalelektrode 2a in der Dickenrichtung des Substrats aus einem anorganischen Material 1 überlappt. Der zweite Hohlraum 51 ist so angeordnet, dass er mindestens einen Teil der zweiten Signalelektrode 2e in der Dickenrichtung des Substrats aus einem anorganischen Material 1 überlappt.
Die erste Signalelektrode 2a bildet eine erste Übertragungsleitung zusammen mit einer Masseelektrode (nicht gezeigt) und die zweite Signalelektrode 2e bildet eine zweite Übertragungsleitung zusammen mit einer weiteren Masseelektrode (nicht gezeigt). Der erste Leiterstift koppelt den SIW, der durch die erste Erdungselektrode 3, die zweite Erdungselektrode 4 und die Mehrzahl von durch das Substrat verlaufenden Durchkontaktierungen 22 ausgebildet ist, und die erste Übertragungsleitung miteinander. Der zweite Leiterstift koppelt den SIW, der durch die erste Erdungselektrode 3, die zweite Erdungselektrode 4 und die Mehrzahl von durch das Substrat verlaufenden Durchkontaktierungen 22 ausgebildet ist, und die zweite Übertragungsleitung miteinander.
Folglich kann in einer Ausführungsform eine elektromagnetische Welle (Signal) in der Übertragungsleitungsmode, die sich durch das Substrat aus einem anorganischen Material ausbreitet, über den ersten Leiterstift in die SIW-Mode umgewandelt werden, sich dann durch das Trägersubstrat in der SIW-Mode ausbreiten und dann über den zweiten Leiterstift erneut in die Übertragungsleitungsmode umgewandelt werden, die sich durch das Substrat aus einem anorganischen Material ausbreitet. In dieser Ausführungsform kann die elektromagnetische Welle, die sich durch das Substrat aus einem anorganischen Material ausgebreitet hat, von einer Antennenvorrichtung emittiert werden, die auf dem Substrat aus einem anorganischen Material angeordnet ist.
Die vorstehend genannten Wellenleitervorrichtungen umfassen jeweils ein Trägersubstrat 20, jedoch ist die Anzahl der Trägersubstrate 20 nicht speziell beschränkt. Obwohl dies nicht gezeigt ist, kann in jeder der Wellenleitervorrichtungen eine Mehrzahl der Trägersubstrate in einem Abstand voneinander in der Dickenrichtung des Substrats aus einem anorganischen Material angeordnet sein, und ein Substrat-integrierter Wellenleiter (SIW) kann in jeder der Mehrzahl von Trägersubstraten angeordnet sein. Durch einen solchen Aufbau können Antennenabschnitte zum Abstrahlen von elektromagnetischen Wellen in der SIW-Mode in der Dickenrichtung gruppiert werden. Demgemäß kann eine solche Wellenleitervorrichtung als phasengesteuerte Antenne in drahtlosen Kommunikationsvorgängen verwendet werden.
Darüber hinaus kann, wenn die Wellenleitervorrichtung die Mehrzahl von Trägersubstraten umfasst, die zweite Erdungselektrode von der Mehrzahl von Trägersubstraten zwischen den aneinander angrenzenden Trägersubstraten angeordnet sein. Folglich wird der SIW, der in jedem der Trägersubstrate angeordnet werden soll, aus den Metallschichten, die auf beiden Seiten des Trägersubstrats (d.h., der ersten Erdungselektrode und der zweiten Erdungselektrode oder zwei zweiten Erdungselektroden) und der Mehrzahl von durch das Substrat verlaufenden Durchkontaktierungen, die durch das Trägersubstrat hindurchtreten, ausgebildet.
Darüber hinaus kann in der Wellenleitervorrichtung eine Mehrzahl von Wellenleitereinheiten, die jeweils einen SIW umfassen, in einem Abstand voneinander in der Dickenrichtung des Substrats aus einem anorganischen Material angeordnet sein. Jede der Mehrzahl von Wellenleitereinheiten umfasst die erste Erdungselektrode, das Trägersubstrat, die zweite Erdungselektrode und die Mehrzahl von durch das Substrat verlaufenden Durchkontaktierungen.
Darüber hinaus kann ein Abstandshaltersubstrat von der Mehrzahl von Trägersubstraten zwischen den aneinander angrenzenden Trägersubstraten angeordnet sein. Das Abstandshaltersubstrat kann zwischen den aneinander angrenzenden Wellenleitereinheiten angeordnet sein. Durch die Anordnung des Abstandshaltersubstrats kann ein Abstand zwischen Antennenabschnitten in der Mehrzahl von Trägersubstraten eingestellt werden. Insbesondere wenn der Abstand zwischen der Mehrzahl von Antennenabschnitten auf λ/2 eingestellt wird, kann der Abstrahlungswinkel einer elektromagnetischen Welle ausreichend durchlaufen werden. Als Material für das Abstandshaltersubstrat wird typischerweise das gleiche Harzmaterial (später beschrieben) wie dasjenige für das Substrat aus einem anorganischen Material verwendet.
Darüber hinaus umfasst die Wellenleitervorrichtung, welche die Mehrzahl von SIWs umfasst, vorzugsweise die Signalelektroden und die Leiterstifte in der gleichen Anzahl wie diejenige der SIWs. Die jeweiligen Leiterstifte koppeln Übertragungspfade, die durch die jeweiligen Signalelektroden gebildet werden, mit den entsprechenden SIWs. Durch einen solchen Aufbau können sich, während die Wellenleitervorrichtung relativ einfach hergestellt werden kann, Signale (elektromagnetische Wellen) von externen Signalquellen, die auf dem Substrat aus einem anorganischen Material angeordnet sind, leicht zu dem SIW von jedem Trägersubstrat ausbreiten.
Wie hier verwendet, umfasst der Begriff „Wellenleitervorrichtung“ sowohl einen Wafer, auf dem mindestens eine Wellenleitervorrichtung ausgebildet ist (Wellenleitervorrichtungswafer), als auch einen Chip, der durch Schneiden des Wellenleitervorrichtungswafers erhalten wird.
B. Substrat aus einem anorganischen Material
Das Substrat aus einem anorganischen Material 1 weist eine obere Oberfläche, auf der die koplanaren Elektroden 2 angeordnet sind, und eine untere Oberfläche auf, die innerhalb eines Verbundsubstrats angeordnet ist.
Das Substrat aus einem anorganischen Material 1 umfasst ein anorganisches Material. Als das anorganische Material kann jedwedes geeignete Material verwendet werden, solange die Effekte gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erhalten werden. Typische Beispiele für ein solches Material umfassen einkristallinen Quarz (relative Dielektrizitätskonstante: 4,5, dielektrischer Verlustfaktor: 0,0013), amorphen Quarz (Quarzglas, relative Dielektrizitätskonstante: 3,8, dielektrischer Verlustfaktor: 0,0010), Spinell (relative Dielektrizitätskonstante: 8,3, dielektrischer Verlustfaktor: 0,0020), AIN (relative Dielektrizitätskonstante: 8,5, dielektrischer Verlustfaktor: 0,0015), Saphir (relative Dielektrizitätskonstante: 9,4, dielektrischer Verlustfaktor: 0,0030), SiC (relative Dielektrizitätskonstante: 9,8, dielektrischer Verlustfaktor: 0,0022), Magnesiumoxid (relative Dielektrizitätskonstante: 10,0, dielektrischer Verlustfaktor: 0,0012), und Silizium (relative Dielektrizitätskonstante: 11,7, dielektrischer Verlustfaktor: 0,0016) (Die relativen Dielektrizitätskonstanten und die dielektrischen Verlustfaktoren in Klammern stellen jeweils einen Zahlenwert bei einer Frequenz von 300 GHz dar.). Das Substrat aus einem anorganischen Material 1 ist vorzugsweise ein Quarzglassubstrat, das amorphen Quarz umfasst.
Wenn das Substrat aus einem anorganischen Material 1 ein Quarzglassubstrat ist, kann selbst in dem Fall des Leitens der vorstehend genannten elektromagnetischen Hochfrequenzwelle eine Zunahme des Ausbreitungsverlusts stabil verhindert werden. Ferner weist das Quarzglassubstrat verglichen mit einem Substrat auf Harzbasis eine große Dielektrizitätskonstante auf und somit kann dessen Substratgröße vermindert werden und es weist ferner von anorganischen Materialien eine relativ kleine Dielektrizitätskonstante auf und ist somit für das Erreichen einer geringen Verzögerung vorteilhaft.
Darüber hinaus weist Quarzglas einen geringen dielektrischen Verlust (tanδ) auf und es weist anders als das Substrat auf Harzbasis ferner das folgende Merkmal auf: Eine Leiterschicht (Metallschicht) zur Bildung einer Leitung kann ohne Aufrauen oder Behandeln einer Oberfläche gebildet werden. Demgemäß kann der Ausbreitungsverlust weiter vermindert werden.
C. Koplanare Elektroden und Erdungselektroden
Typischerweise sind die koplanaren Elektroden 2 auf der oberen Oberfläche des Substrats aus einem anorganischen Material 1 angeordnet und werden mit dem Substrat aus einem anorganischen Material 1 in einen direkten Kontakt gebracht. Die koplanaren Elektroden 2 umfassen jeweils typischerweise ein Metall. Beispiele für das Metall umfassen Chrom (Cr), Nickel (Ni), Kupfer (Cu) und Gold (Au). Die Metalle können allein oder in einer Kombination davon verwendet werden. Jede der koplanaren Elektroden 2 kann eine Einzelschicht sein oder kann durch Laminieren von zwei oder mehr Schichten gebildet werden. Die koplanaren Elektroden 2 werden auf dem Substrat aus einem anorganischen Material 1 durch ein bekanntes Filmbildungsverfahren, wie z.B. Sputtern (alternativ eine Gasphasenabscheidung oder Drucken) gebildet.
Die Dicke von jeder der koplanaren Elektroden 2 beträgt beispielsweise 1 µm oder mehr, vorzugsweise 4 µm oder mehr und beträgt beispielsweise 20 µm oder weniger, vorzugsweise 10 µm oder weniger.
Die erste Erdungselektrode 3 ist auf der oberen Oberfläche des Trägersubstrats 20 angeordnet. Die erste Erdungselektrode 3 kann aus dem gleichen Metall wie dasjenige von jeder der koplanaren Elektroden 2 ausgebildet sein. Darüber hinaus kann das Metall der ersten Erdungselektrode 3 mit dem Metall von jeder der koplanaren Elektroden 2 identisch sein oder kann von dem Metall der Leiterschicht 2 verschieden sein. Die Bereiche der Dicke der ersten Erdungselektrode 3 sind mit den Bereichen der Dicke von jeder der koplanaren Elektroden 2 identisch. Die erste Erdungselektrode 3 wird auf der Oberfläche des Trägersubstrats 20 beispielsweise durch Sputtern oder Plattieren gebildet.
Die zweite Erdungselektrode 4 wird auf der Oberfläche des Trägersubstrats 20 auf der Seite gegenüber der erste Erdungselektrode 3 beispielsweise durch Sputtern oder Plattieren gebildet. Die zweite Erdungselektrode 4 kann aus dem gleichen Metall wie dasjenige der koplanaren Elektroden 2 gebildet werden. Darüber hinaus kann das Metall der zweiten Erdungselektrode 4 mit dem Metall von jeder der koplanaren Elektroden 2 identisch sein oder kann von dem Metall der koplanaren Elektrode 2 verschieden sein. Die Bereiche der Dicke der zweiten Erdungselektrode 4 sind mit den Bereichen der Dicke von jeder der koplanaren Elektroden 2 identisch. Die zweite Erdungselektrode 4 muss nicht notwendigerweise auf der Gesamtheit der Oberfläche des Trägersubstrats 20 auf der Seite ausgebildet sein, die der ersten Erdungselektrode gegenüberliegt.
D. Trägersubstrat
Das Trägersubstrat 20 weist eine obere Oberfläche, die innerhalb des Verbundsubstrats angeordnet ist, und eine untere Oberfläche auf, die zur Außenseite freiliegt. Die vorstehend genannte Aussparung 21 kann in der oberen Oberfläche des Trägersubstrats 20 ausgebildet sein. Das Trägersubstrat 20 ist zur Verbesserung der Festigkeit des Verbundsubstrats angeordnet und folglich kann die Dicke des Substrats aus einem anorganischen Material vermindert werden, wie es vorstehend beschrieben ist. Als das Trägersubstrat 20 kann jedweder geeignete Aufbau eingesetzt werden. Spezifische Beispiele eines Materials zur Bildung des Trägersubstrats 20 umfassen Indiumphosphid (InP), Silizium (Si), Glas, SiAlON (Si₃N₄-Al₂O₃), Mullit (3Al₂O₃·2SiO₂, 2Al₂O₃·3SiO₂), Aluminiumnitrid (AlN), Magnesiumoxid (MgO), Aluminiumoxid (Al₂O₃), Spinell (MgAl₂O₄), Saphir, Quarz, einen Kristall, Galliumnitrid (GaN), Siliziumcarbid (SiC), Siliziumnitrid (Si₃N₄) und Galliumoxid (Ga₂O₃).
Das Trägersubstrat 20 umfasst vorzugsweise mindestens eine Art, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus: Indiumphosphid; Silizium; Aluminiumnitrid; Siliziumcarbid; und Siliziumnitrid, und umfasst mehr bevorzugt Silizium.
Wenn eine aktive Vorrichtung, wie z.B. ein Oszillator oder ein Empfänger, auf der Wellenleitervorrichtung 100 montiert ist, besteht ein Risiko dahingehend, dass das Substrat aus einem anorganischen Material erwärmt werden kann, so dass sich die Eigenschaften von jedweder bzw. jedwedem anderen aktiven Vorrichtung oder montierten Bauteil verschlechtern. Zum Verhindern dieser Situation kann für das Trägersubstrat ein Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit verwendet werden. In diesem Fall beträgt die Wärmeleitfähigkeit vorzugsweise 150 W/K · m oder mehr und diesbezüglich umfassen Beispiele des Trägersubstrats 20 Silizium (Si), Aluminiumnitrid (AIN), Galliumnitrid (GaN), Siliziumcarbid (SiC) und Siliziumnitrid (Si₃N₄).
Darüber hinaus ist, wenn ein SIW in dem Trägersubstrat 20 ausgebildet ist, ein Material mit einem geringen dielektrischen Verlust tanδ bevorzugt, so dass der Verlust der elektromagnetischen Welle, die sich in dem SIW ausbreiten soll, vermindert wird. In diesem Fall ist das Material für das Trägersubstrat vorzugsweise aus einkristallinem Quarz, amorphem Quarz, Spinell, AIN, Saphir, Aluminiumoxid, SiC, Magnesiumoxid oder Silizium ausgewählt.
Von solchen Materialien für das Trägersubstrat wird Silizium mehr bevorzugt ausgewählt.
Die Dicke des Trägersubstrats 20 beträgt beispielsweise λ/4√ε_b oder mehr, vorzugsweise λ/2√ε_b oder mehr und beispielsweise 2λ/√ε_b oder weniger, vorzugsweise 3λ/2√ε_b oder weniger, mehr bevorzugt λ/√ε_b oder weniger, wobei ε_b die relative Dielektrizitätskonstante des Trägersubstrats 20 darstellt und λ die Wellenlänge der elektromagnetischen Welle darstellt, die durch die Wellenleitervorrichtung geleitet werden soll. Wenn die Dicke des Trägersubstrats mit den vorstehend genannten Untergrenzen identisch oder größer als diese ist, kann eine Verbesserung der mechanischen Festigkeit der Wellenleitervorrichtung stabil erreicht werden. Wenn die Dicke des Trägersubstrats mit den vorstehend genannten Obergrenzen identisch oder kleiner als diese ist, können eine Ausbreitung in einer Plattenmode, das Dünnermachen der Wellenleitervorrichtung (Beibehaltung der mechanischen Festigkeit der Wellenleitervorrichtung) und das Verhindern einer Substratresonanz erreicht werden.
In dem Fall, bei dem eine Mehrzahl von Trägersubstraten in einem Abstand voneinander in der Dickenrichtung des Substrats aus einem anorganischen Material angeordnet ist, beträgt dann, wenn die Wellenleitervorrichtung als phasengesteuerte Antenne verwendet wird, der Abstand zwischen den Trägersubstraten, die aneinander angrenzen, vorzugsweise etwa λ/2, was für einen Antennenabstand geeignet ist. In dem Fall, bei dem die Dicke von jedem der Trägersubstrate weniger als der Abstand beträgt, kann ein geeigneter Antennenabstand durch Anordnen des Abstandshaltersubstrats zwischen den aneinander angrenzenden Trägersubstrats sichergestellt werden.
Der lineare Ausdehnungskoeffizient des Materials zur Bildung des Trägersubstrats 20 liegt vorzugsweise so nahe wie möglich an dem linearen Ausdehnungskoeffizienten des Materials zur Bildung des Substrats aus einem anorganischen Material 1. Durch einen solchen Aufbau kann eine Wärmeverformung (typischerweise ein Verzug) des Verbundsubstrats verhindert werden. Der lineare Ausdehnungskoeffizient des Materials zur Bildung des Trägersubstrats 20 liegt vorzugsweise innerhalb des Bereichs von 50 % bis 150 % des linearen Ausdehnungskoeffizienten des Materials zur Bildung des Substrats aus einem anorganischen Material 1.
Das Trägersubstrat 20 wird zum Stützen des Wellenleiterelements 10 typischerweise direkt mit dem Wellenleiterelement 10 verbunden. In einer Ausführungsform werden das Substrat aus einem anorganischen Material 1 und das Trägersubstrat 20 direkt miteinander verbunden. Der Ausdruck „direkt verbunden“, wie er hier verwendet wird, bedeutet, dass zwei Schichten oder Substrate miteinander verbunden werden, ohne dazwischen ein Haftmittel (z.B. ein organisches Haftmittel, wie z.B. ein Harz) anzuordnen. Die Form des direkten Verbindens kann gemäß den Konfigurationen der Schichten oder der Substrate, die miteinander verbunden werden sollen, in einer geeigneten Weise eingestellt werden. Ferner ist eine Grenzfläche, die durch direktes Verbinden gebildet wird, typischerweise amorphisiert. Demgemäß kann die Wärmebeständigkeit der Verbindungsgrenzfläche verglichen mit einer Harzhaftung (einem Harzverbinden) mit dem organischen Haftmittel sehr stark vermindert werden. Folglich kann in dem Fall, bei dem eine aktive Vorrichtung (z.B. ein Oszillator oder ein Empfänger) an der Wellenleitervorrichtung montiert ist, selbst wenn Wärme, die von der aktiven Vorrichtung erzeugt wird, auf das Substrat aus einem anorganischen Material übertragen wird, bewirkt werden, dass eine solche Wärme problemlos von dem Substrat aus einem anorganischen Material durch das Trägersubstrat zu einem Gehäuse entweicht. Als Ergebnis kann das Erwärmen des Substrats aus einem anorganischen Material verhindert werden und somit kann eine Verschlechterung der Eigenschaften von jedwedem anderen Element (z.B. jedweder anderen aktiven Vorrichtung oder jedwedem anderen montierten Bauteil), das mit dem Substrat aus einem anorganischen Material verbunden werden soll, verhindert werden. Die Form des direkten Verbindens kann das Verbinden des Trägersubstrats und des Substrats aus einem anorganischen Material über die vorstehend genannte Erdungselektrode 3 und/oder einen Verbindungsabschnitt 60, der später beschrieben wird, umfassen.
Ferner kann, wenn diese Komponenten durch das direkte Verbinden integriert werden, ein Ablösen in der Wellenleitervorrichtung zufriedenstellend verhindert werden und als Ergebnis kann eine Beschädigung (z.B. ein Riss) des Substrats aus einem anorganischen Material, das aus einem solchen Ablösen resultiert, zufriedenstellend verhindert werden.
Wie es in der 20 gezeigt ist, kann die Wellenleitervorrichtung 100 ferner den Verbindungsabschnitt 60, der zwischen dem Wellenleiterelement 11 und dem Trägersubstrat 20 zum miteinander Verbinden des Wellenleiterelements 11 und des Trägersubstrat 20 angeordnet ist, umfassen. Wenn das Trägersubstrat 20 die Aussparung 21 aufweist, ist der Verbindungsabschnitt 60 typischerweise zwischen dem Wellenleiterelement 11 und dem Abschnitt des Trägersubstrats 20, ausgenommen die Aussparung 21, angeordnet. In dieser Ausführungsform ist nur der Verbindungsabschnitt 60 zwischen dem Substrat aus einem anorganischen Material 1 und dem Trägersubstrat 20 angeordnet. Folglich sind das Substrat aus einem anorganischen Material 1 und das Trägersubstrat 20 nur über den Verbindungsabschnitt 60 direkt miteinander verbunden.
In der Wellenleitervorrichtung 100, die in jeder von 1 und 2 gezeigt ist, ist der Verbindungsabschnitt 60 zwischen dem Substrat aus einem anorganischen Material 1 und der Erdungselektrode 3, die in dem Abschnitt des Trägersubstrats 20, ausgenommen die Aussparung 21, angeordnet ist, angeordnet und kann das Substrat und die Elektrode miteinander integrieren. Wie es in der 21 gezeigt ist, ist die Erdungselektrode 3 auf der Oberfläche des Trägersubstrats 20 auf der Seite des Substrats aus einem anorganischen Material ausgebildet und ist in einen direkten Kontakt mit dem Trägersubstrat 20 gebracht. In dieser Ausführungsform ist der Verbindungsabschnitt 60 zwischen dem Substrat aus einem anorganischen Material 1 und der Erdungselektrode 3 zum miteinander Verbinden des Substrats aus einem anorganischen Material 1 und der Erdungselektrode 3 angeordnet. In dem gezeigten Beispiel sind die Erdungselektrode 3 und der Verbindungsabschnitt 60 zwischen dem Substrat aus einem anorganischen Material 1 und dem Trägersubstrat 20 angeordnet. Folglich sind das Substrat aus einem anorganischen Material 1 und das Trägersubstrat 20 über die Erdungselektrode 3 und den Verbindungsabschnitt 60 direkt miteinander verbunden.
Darüber hinaus kann, wie es in der 2 gezeigt ist, die Erdungselektrode 3 als Verbindungsabschnitt wirken, der mit dem Substrat aus einem anorganischen Material 1 und dem Abschnitt des Trägersubstrats 20, ausgenommen die Aussparung 21, zum miteinander Verbinden des Substrats aus einem anorganischen Material 1 und des Trägersubstrats 20 in einen direkten Kontakt gebracht wird. In dieser Ausführungsform ist nur die Erdungselektrode 3 zwischen dem Substrat aus einem anorganischen Material 1 und dem Trägersubstrat 20 angeordnet. Folglich sind das Substrat aus einem anorganischen Material 1 und das Trägersubstrat 20 über die Erdungselektrode 3 direkt miteinander verbunden. In dem Fall, bei dem die Erdungselektrode 3 als der Verbindungsabschnitt wirkt, kann die Erdungselektrode 3 gebildet werden durch: Bilden von Metallschichten sowohl auf dem Substrat aus einem anorganischen Material 1 als auch dem Trägersubstrat 20; und direkt miteinander Verbinden der Metallschichten. In diesem Fall ist eine Verbindungsgrenzfläche innerhalb der Erdungselektrode ausgebildet.
Darüber hinaus kann in der Wellenleitervorrichtung 100, die in jeder von 4 und 5 gezeigt ist, der Verbindungsabschnitt zwischen dem Abschnitt mit niedriger Dielektrizitätskonstante 51 und dem Substrat aus einem anorganischen Material 1 angeordnet sein, kann zwischen dem Abschnitt mit niedriger Dielektrizitätskonstante 51 und der Erdungselektrode 3 angeordnet sein oder kann den Abschnitt und das Substrat oder die Elektrode miteinander integrieren.
Wie bei diesen Vorrichtungen ist ein organisches Material, wie z.B. ein Haftmittel, das beim Verbinden verwendet wird, vorzugsweise nicht zwischen den koplanaren Elektroden 2 und dem Trägersubstrat 20 angeordnet. Folglich kann die Wärmebeständigkeit an einer Grenzfläche zwischen dem Substrat aus einem anorganischen Material 1 und dem Trägersubstrat 20 vermindert werden und somit kann eine Verschlechterung der Eigenschaften einer aktiven Vorrichtung oder eines montierten Bauteils verhindert werden.
Wenn jedoch der Abschnitt mit niedriger Dielektrizitätskonstante ein organisches Material, wie z.B. ein Polymer mit einer niedrigen Dielektrizitätskonstante, umfasst, kann das organische Material, das als der Abschnitt mit niedriger Dielektrizitätskonstante dient, zwischen den koplanaren Elektroden 2 und dem Trägersubstrat 20 angeordnet werden. Eine Struktur, in der ein organisches Material (z.B. ein Haftmittel), ausgenommen der Abschnitt mit niedriger Dielektrizitätskonstante, nicht dazwischen angeordnet ist, wird durch direktes miteinander Verbinden des Substrats aus einem anorganischen Material 1 und des Trägersubstrats 20 erhalten (die Erdungselektrode kann auf einem oder beiden des Substrats aus einem anorganischen Material 1 und des Trägersubstrats 20 ausgebildet sein oder kann nicht darauf ausgebildet sein).
Der Verbindungsabschnitt kann eine Schicht sein oder kann ein Laminat aus zwei oder mehr Schichten sein. Der Verbindungsabschnitt umfasst typischerweise ein anorganisches Material. Beispiele für eine Verbindungsschicht zur Bildung des Verbindungsabschnitts umfassen SiO₂, amorphes Silizium und Tantaloxid. Der Verbindungsabschnitt kann ein Metallfilm sein, der aus Gold (Au), Titan (Ti), Platin (Pt), Chrom (Cr), Kupfer (Cu), Zinn (Sn) oder Kombinationen (Legierungen) davon ausgewählt ist. Wenn der Verbindungsabschnitt der Metallfilm ist, kann das Haftvermögen mit der Erdungselektrode, die aus einem Metall ausgebildet ist, stabil sichergestellt werden, und somit kann eine Wanderung verhindert werden. Von diesen Verbindungsabschnitten ist eine amorphe Siliziumschicht ein bevorzugtes Beispiel. Die Dicke des Verbindungsabschnitts beträgt beispielsweise 0,001 µm oder mehr und 10 µm oder weniger, vorzugsweise 0,1 µm oder mehr und 3 µm oder weniger.
Obwohl die Verbindungsschicht vorzugsweise nur in dem Verbindungsabschnitt ausgebildet ist, kann die Schicht in der Aussparung ausgebildet sein, solange deren Dicke innerhalb der vorstehend genannten Bereiche liegt, da der Einfluss auf die Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle gering ist.
Das direkte Verbinden kann beispielsweise durch das folgende Verfahren erreicht werden. In einer Hochvakuumkammer (z.B. etwa 1 × 10^-6 Pa) wird die Verbindungsoberfläche von jeder der miteinander zu verbindenden Komponenten (Schichten oder Substrate) mit einem neutralisierten Strahl bestrahlt. Folglich wird jede Verbindungsoberfläche aktiviert. Dann werden in einer Vakuumatmosphäre die aktivierten Verbindungsoberflächen miteinander in Kontakt gebracht und bei Normaltemperatur miteinander verbunden. Die Belastung beim Verbinden kann beispielsweise von 100 N bis 20000 N betragen. In einer Ausführungsform wird, wenn die Oberflächenaktivierung mit einem neutralisierten Strahl durchgeführt wird, ein Inertgas in eine Kammer eingebracht und eine Hochspannung wird von einer Gleichstromquelle an eine Elektrode angelegt, die in der Kammer angeordnet ist. Durch einen solchen Aufbau bewirkt ein elektrisches Feld, das zwischen der Elektrode (positive Elektrode) und der Kammer (negative Elektrode) erzeugt wird, dass sich Elektronen bewegen, so dass Atom- und lonenstrahlen erzeugt werden, die von dem Inertgas stammen. Von den Strahlen, die ein Gitter erreicht haben, wird der lonenstrahl an dem Gitter neutralisiert, und somit wird ein Strahl von neutralen Atomen von einer Hochgeschwindigkeits-Atomstrahlquelle emittiert. Eine Atomspezies zur Bildung des Strahls ist vorzugsweise ein Inertgaselement (z.B. Argon (Ar) oder Stickstoff (N)). Bei der Aktivierung durch eine Bestrahlung mit dem Strahl beträgt die Spannung beispielsweise von 0,5 kV bis 2,0 kV und der Strom beträgt beispielsweise von 50 mA bis 200 mA. Das Verfahren für das direkte Verbinden ist nicht darauf beschränkt und beispielsweise kann ein Oberflächenaktivierungsverfahren unter Verwendung eines schnellen Atomstrahls (FAB) oder einer lonenkanone, ein Atomdiffusionsverfahren oder ein Plasmaverbindungsverfahren eingesetzt werden.
Beispiele
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend mittels Beispielen spezifisch beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht durch diese Beispiele beschränkt.
<Beispiele 1 und 2>
1-1. Herstellung einer Wellenleitervorrichtung (geerdete koplanare Leitung)
Eine in den 1 und 2 gezeigte Wellenleitervorrichtung wurde hergestellt.
Ein Siliziumwafer (Trägersubstrat) mit einer Dicke von 525 µm wurde hergestellt. Ein Fotolackfilm wurde auf der oberen Oberfläche des Siliziumwafers derart strukturiert, dass ein Bereich in dem Siliziumwafer mit einer Abmessung, die dem Wert des Ausdrucks „Breite von Signalelektrode + Lücke „g“ des Zwischenraums × 20" entspricht, direkt unterhalb der Signalelektrode von koplanaren Elektroden, die später beschrieben werden, freigelegt wurde. Danach wurde der Abschnitt des Siliziumwafers, der von dem Fotolackfilm freiliegt, einem Trockenätzen durch reaktives lonenätzen unterzogen. Auf diese Weise wurde eine Aussparung (hohle Struktur) gebildet. Die Ätztiefe der Aussparung wurde auf einen Wert eingestellt (die Dicke eines Abschnitts mit niedriger Dielektrizitätskonstante), der in der Tabelle 1 gezeigt ist. Auf diese Weise wurde der Siliziumwafer (Trägersubstrat) mit der Aussparung hergestellt.
Danach wurden ein Cr-Film mit einer Dicke von 50 nm und ein Ni-Film mit einer Dicke von 100 nm auf dem Siliziumwafer, in dem die Aussparung ausgebildet ist, durch Sputtern gebildet, so dass eine Basiselektrode gebildet wurde. Ferner wurde Kupfer durch Galvanisieren auf der darunterliegenden Elektrode zu einem Film ausgebildet, so dass eine Erdungselektrode gebildet wurde. Als nächstes wurde ein amorpher Siliziumfilm mit einer Dicke von 0,2 µm durch Sputtern auf der Erdungselektrode gebildet. Nach der Filmbildung wurde der amorphe Siliziumfilm durch Polieren einer Planarisierungsbehandlung unterzogen. Dabei wurde der arithmetische Mittenrauwert eines □ von 10 µm (Fläche mit 10 µm im Quadrat; das Gleiche gilt nachstehend) auf der Oberfläche des amorphen Siliziumfilms mit einem Rasterkraftmikroskop gemessen und betrug 0,2 nm.
Darüber hinaus wurde ein Quarzglaswafer (Quarzglassubstrat, Substrat aus einem anorganischen Material) mit einer Dicke von 0,5 mm hergestellt und ein amorpher Siliziumfilm mit einer Dicke von 0,2 µm wurde auf dem Quarzglaswafer durch Sputtern gebildet. Nach der Filmbildung wurde ein Fotolack auf die Oberfläche des amorphen Siliziumfilms aufgebracht und dessen Abschnitt, welcher der Aussparung (Nicht-Verbindungsabschnitt) des Siliziumwafers entspricht, wurde mittels Fotolithografie freigelegt und entwickelt (geätzt). Auf diese Weise wurde eine Fotolackmaske gebildet. Danach wurde das amorphe Silizium durch Trockenätzen entfernt. Als nächstes wurde der amorphe Siliziumfilm durch Polieren einer Planarisierungsbehandlung unterzogen. Dabei wurde der arithmetische Mittenrauwert eines □ von 10 µm auf der Oberfläche des amorphen Siliziumfilms mit einem Rasterkraftmikroskop gemessen und betrug 0,2 nm.
Die amorphe Siliziumoberfläche auf dem Quarzglaswafer und die amorphe Siliziumoberfläche auf der Erdungselektrode wurden in der nachstehenden Weise miteinander verbunden. Zuerst wurden der Quarzglaswafer und der Siliziumwafer in eine Vakuumkammer eingebracht und in einem Vakuum in der Größenordnung von 10^-6 Pa wurden beide Verbindungsoberflächen (die amorphe Siliziumoberfläche auf dem Quarzglaswafer und die amorphe Siliziumoberfläche auf der Erdungselektrode) für 70 Sekunden mit einem neutralen Ar-Hochgeschwindigkeits-Atomstrahl (Beschleunigungsspannung: 1 kV, Ar-Flussrate: 60 sccm) bestrahlt. Nach der Bestrahlung wurden der Quarzglaswafer und der Siliziumwafer zum Abkühlen für 10 Minuten stehengelassen und dann wurden die Verbindungsoberflächen des Quarzglaswafers und des Siliziumwafers (mit dem Strahl bestrahlte Oberflächen des Quarzglaswafers und die Oberfläche des Siliziumwafers) miteinander in Kontakt gebracht, worauf für 2 Minuten ein Druckbeaufschlagen bei 4,90 kN zum miteinander Verbinden des Quarzglaswafers und des Siliziumwafers durchgeführt wurde. D.h., der Quarzglaswafer und der Siliziumwafer wurde über eine amorphe Siliziumschicht (Verbindungsabschnitt) direkt miteinander verbunden. Nach dem Verbinden wurde eine Polierverarbeitung durchgeführt, bis die Dicke des Quarzglaswafers einen Wert erreichte, der in der Tabelle 1 gezeigt ist. Auf diese Weise wurde ein Verbundwafer gebildet. In dem resultierenden Quarzglas/Erdungselektrode/Silizium-Verbundsubstrat wurde ein Defekt, wie z.B. ein Ablösen, an der Verbindungsgrenzfläche nicht festgestellt.
Dann wurde ein Fotolack auf die Oberfläche (polierte Oberfläche) des Quarzglaswafers auf der Seite, die dem Siliziumwafer gegenüberliegt, aufgebracht und eine Strukturierung wurde mittels Fotolithografie durchgeführt, so dass Abschnitte zur Bildung einer koplanaren Elektrodenstruktur freigelegt wurden. Danach wurden auf der oberen Oberfläche des Quarzglaswafers, die von dem Fotolack freiliegt, ein Cr-Film mit einer Dicke von 50 nm und ein Ni-Film mit einer Dicke von 100 nm durch Sputtern gebildet, so dass eine Basiselektrode gebildet wurde. Ferner wurde Kupfer auf der Basiselektrode durch Galvanisieren zu einem Film ausgebildet, so dass eine koplanare Elektrodenstruktur gebildet wurde. Die Länge der Signalelektrode der Struktur in deren Wellenleiterrichtung betrug 10 mm. Eine Lücke „g“ zwischen der Signalelektrode und jeder Masseelektrode davon betrug 13 µm.
Schließlich wurde die amorphe Siliziumschicht in der Aussparung (hohle Struktur) des Siliziumwafers durch Nassätzen mit gepufferter Fluorwasserstoffsäure (BHF) entfernt.
Auf diese Weise wurde eine Wellenleitervorrichtung erhalten, umfassend: Ein Wellenleiterelement, das koplanare Elektroden, ein Substrat aus einem anorganischen Material und eine Erdungselektrode umfasst; und ein Trägersubstrat mit einer Aussparung.
1-2. Berechnung des Ausbreitungsverlusts
Zum Messen des Ausbreitungsverlusts der Wellenleitervorrichtung wurden drei Wellenleitervorrichtungen mit Signalelektrodenlängen von 30 mm, 40 mm und 50 mm in der gleichen Weise wie vorstehend hergestellt.
Dann wurde ein Hochfrequenzsignalgenerator mit der Eingangsseite des Wellenleiterelements von jeder der Wellenleitervorrichtungen mit einer Sonde gekoppelt und eine weitere Sonde wurde auf der Ausgangsseite des Wellenleiterelements zum Koppeln einer elektromagnetischen Welle mit einem Hochfrequenzsignalempfänger angeordnet.
Dann wurde eine Spannung an den Hochfrequenzsignalgenerator zum Bewirken angelegt, dass der Hochfrequenzsignalgenerator eine elektromagnetische Welle mit einer Frequenz sendet, die in der Tabelle 1 gezeigt ist. Folglich breitete sich die elektromagnetische Welle zu der koplanaren Leitung (Wellenleiterelement) aus. Die Hochfrequenzleistung der elektromagnetischen Welle, die von der koplanaren Leitung abgegeben wird, wird von dem Hochfrequenzsignalempfänger gemessen. Der Ausbreitungsverlust (dB/cm) wurde aus den Messergebnissen der Wellenleitervorrichtungen mit verschiedenen Signalelektrodenlängen berechnet und wurde durch die folgenden Kriterien bewertet. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 gezeigt.
@ (Hervorragend): Weniger als 0,5 dB/cm
◯ (Gut): 0,5 dB/cm oder mehr und weniger als 1 dB/cm
Δ (Akzeptabel): 1 dB/cm oder mehr und weniger als 2 dB/cm
× (Inakzeptabel): 2 dB/cm oder mehr
<Beispiele 3 und 4>
2-1. Herstellung einer Wellenleitervorrichtung (koplanare Leitung)
Eine in der 3 hergestellte Wellenleitervorrichtung wurde hergestellt.
Ein Siliziumwafer (Trägersubstrat) mit einer Aussparung wurde in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 hergestellt. Auf dem Siliziumwafer, in dem die Aussparung ausgebildet ist, wurde jedoch keine Erdungselektrode ausgebildet. Der arithmetische Mittenrauwert eines □ von 10 µm auf der Oberfläche des Siliziumwafers wurde mit einem Rasterkraftmikroskop gemessen und betrug 0,2 nm.
Darüber hinaus wurde ein Quarzglaswafer (Quarzglassubstrat, Substrat aus einem anorganischen Material) mit einer Dicke von 0,5 mm hergestellt und ein strukturierter amorpher Siliziumfilm wurde auf dem Quarzglaswafer in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 gebildet. Nach der Bildung wurde der amorphe Siliziumfilm einer Planarisierungsbehandlung durch Polieren unterzogen. Dabei wurde der arithmetische Mittenrauwert eines □ von 10 µm auf der Oberfläche des amorphen Siliziumfilms mit einem Rasterkraftmikroskop gemessen und betrug 0,2 nm.
Danach wurden die amorphe Siliziumoberfläche auf dem Quarzglaswafer und der Siliziumwafer direkt miteinander verbunden. Das direkte Verbinden wurde in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 durchgeführt. In dem resultierenden Quarzglas/Silizium Verbundsubstrat wurde ein Defekt, wie z.B. ein Ablösen, an der Verbindungsgrenzfläche nicht festgestellt.
Dann wurde der Quarzglaswafer poliert, so dass dessen Dicke auf einen Wert eingestellt wurde, der in der Tabelle 1 gezeigt ist.
Dann wurde eine koplanare Elektrodenstruktur auf der Oberfläche (polierte Oberfläche) des Quarzglaswafers auf der Seite, die dem Siliziumwafer gegenüberliegt, in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 ausgebildet. Die Länge der Signalelektrode der Struktur in deren Wellenleiterrichtung betrug 10 mm. Eine Lücke „g“ zwischen der Signalelektrode und jeder Masseelektrode davon betrug 13 µm.
Auf diese Weise wurde eine Wellenleitervorrichtung erhalten, umfassend: Ein Wellenleiterelement, das koplanare Elektroden und ein Substrat aus einem anorganischen Material umfasst; und ein Trägersubstrat mit einer Aussparung.
2-2. Berechnung des Ausbreitungsverlusts
Darüber hinaus wurden zur Messung des Ausbreitungsverlusts der Wellenleitervorrichtung drei Wellenleitervorrichtungen mit Signalelektrodenlängen von 30 mm, 40 mm und 50 mm in der gleichen Weise wie vorstehend hergestellt. Als nächstes wurde in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 ein Hochfrequenzsignalgenerator mit der Eingangsseite des Wellenleiterelements von jeder der Wellenleitervorrichtungen mit einer Sonde gekoppelt und eine weitere Sonde wurde auf der Ausgangsseite des Wellenleiterelements zum Koppeln einer elektromagnetischen Welle mit einem Hochfrequenzsignalempfänger angeordnet, gefolgt von der Messung der Hochfrequenzleistung der elektromagnetischen Welle, die von dem koplanaren Wellenleiter von jeder der Vorrichtungen mit dem Hochfrequenzsignalempfänger abgegeben wird. Die Ausbreitungsverluste der Wellenleitervorrichtungen der Beispiele 3 und 4 wurden jeweils in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 bewertet. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 gezeigt.
<Beispiel 5>
Ein Siliziumwafer (Trägersubstrat) mit einer Dicke von 525 µm und ein Quarzglaswafer (Quarzglassubstrat, Substrat aus einem anorganischen Material) mit einer Dicke von 0,5 mm wurden hergestellt und eine Wellenleitervorrichtung, die ein Wellenleiterelement, das koplanare Elektroden und ein Substrat aus einem anorganischen Material umfasste, eine Polymerschicht, eine Erdungselektrode und ein Trägersubstrat mit einer Aussparung umfasste, wurde erhalten.
Zuerst wurde bezüglich des Siliziumwafers ein Siliziumwafer (Trägersubstrat) mit einer Aussparung und einer Erdungselektrode in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 hergestellt.
Als nächstes wurde ein Polymer auf Teflon (Marke)-Basis mit einer relativen Dielektrizitätskonstante von 2,3 mittels Schleuderbeschichten auf den Siliziumwafer aufgebracht und wurde zur Bildung der Polymerschicht in der Aussparung des Trägersubstrats ausgehärtet. Danach wurde ein CMP-Polieren zum Entfernen des Polymers außerhalb der Aussparung und Planarisieren der Polymerschicht auf dem Trägersubstrat durchgeführt. Nach dem CMP-Polieren wurde ein amorpher Siliziumfilm auf der Schicht durch Sputtern gebildet. Nach der Filmbildung wurde ein Fotolack auf die Oberfläche des amorphen Siliziumfilms aufgebracht und deren Abschnitt, welcher der Aussparung entspricht, wurde durch Fotolithografie freigelegt und entwickelt (geätzt). Auf diese Weise wurde ein Fotolackmaske gebildet. Danach wurde das amorphe Silizium durch Trockenätzen entfernt. Als nächstes wurde der amorphe Siliziumfilm einer Planarisierungsbehandlung durch Polieren unterzogen. Dabei wurde der arithmetische Mittenrauwert eines □ von 10 µm auf der Oberfläche des amorphen Siliziumfilms mit einem Rasterkraftmikroskop gemessen und betrug 0,2 nm.
Darüber hinaus wurde bezüglich des Quarzglaswafers ein amorpher Siliziumfilm mit einer Dicke von 0,2 µm auf dem Wafer durch Sputtern gebildet. Nach der Filmbildung wurde ein Fotolack auf die Oberfläche des amorphen Siliziumfilms aufgebracht und deren Abschnitt, welcher der Aussparung (Nicht-Verbindungsabschnitt) des Siliziumwafers entspricht, wurde durch Fotolithografie freigelegt und geätzt. Auf diese Weise wurde eine Fotolackmaske gebildet. Danach wurde das amorphe Silizium durch Trockenätzen entfernt.
Danach wurden die amorphe Siliziumoberfläche auf dem Quarzglaswafer und der Siliziumwafer direkt miteinander verbunden. Das direkte Verbinden wurde in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 durchgeführt. In dem resultierenden Quarzglas/Silizium-Verbundsubstrat wurde ein Defekt, wie z.B. ein Ablösen, an der Verbindungsgrenzfläche nicht festgestellt.
Als nächstes wurde der Quarzglaswafer derart poliert, dass dessen Dicke auf einen in der Tabelle 1 gezeigten Wert eingestellt wurde.
Als nächstes wurde eine koplanare Elektrodenstruktur auf der Oberfläche (polierte Oberfläche) des Quarzglaswafers auf der Seite gegenüber dem Siliziumwafer in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 gebildet. Die Länge der Signalelektrode der Struktur in deren Wellenleiterrichtung betrug 10 mm. Eine Lücke „g“ zwischen der Signalelektrode und jeder Masseelektrode davon betrug 13 µm.
Auf diese Weise wurde die Wellenleitervorrichtung erhalten, die das Wellenleiterelement, das die koplanaren Elektroden und das Substrat aus einem anorganischen Material umfasst, die Polymerschicht, die Erdungselektrode und das Trägersubstrat mit der Aussparung umfasste.
Die Ausbreitungsverluste der resultierenden Wellenleitervorrichtung wurden in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 berechnet und bewertet. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 gezeigt.
<Beispiel 6>
Eine Wellenleitervorrichtung wurde in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Ätztiefe der Aussparung derart geändert wurde, dass die Dicke des Hohlraums zu einem in der Tabelle 1 gezeigten Wert geändert wurde.
Die Ausbreitungsverluste der resultierenden Wellenleitervorrichtung wurden in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 berechnet und bewertet. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 gezeigt.
<Beispiel 7>
Eine Wellenleitervorrichtung wurde in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass der Quarzglaswafer, der als das Substrat aus einem anorganischen Material dient, zu einem einkristallinen Siliziumwafer geändert wurde; und die Ätztiefe der Aussparung so geändert wurde, dass die Dicke des Hohlraums zu einem in der Tabelle 1 gezeigten Wert geändert wurde.
<Beispiel 8>
Eine Wellenleitervorrichtung wurde in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass der Quarzglaswafer, der als das Substrat aus einem anorganischen Material dient, zu einem Saphirwafer geändert wurde; und die Ätztiefe der Aussparung so geändert wurde, dass die Dicke des Hohlraums zu einem in der Tabelle 1 gezeigten Wert geändert wurde.
Die Ausbreitungsverluste der resultierenden Wellenleitervorrichtung wurden in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 berechnet und bewertet. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 gezeigt.
<Beispiel 9>
Eine Wellenleitervorrichtung wurde in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass der Quarzglaswafer, der als das Substrat aus einem anorganischen Material dient, zu einem polykristallinen AIN-Wafer geändert wurde; und die Ätztiefe der Aussparung so geändert wurde, dass die Dicke des Hohlraums zu einem in der Tabelle 1 gezeigten Wert geändert wurde.
Die Ausbreitungsverluste der resultierenden Wellenleitervorrichtung wurden in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 berechnet und bewertet. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 gezeigt.
<Beispiel 10>
Es wurde eine Wellenleitervorrichtung hergestellt, wie sie in jeder von 4 und 5 gezeigt ist.
Ein Siliziumwafer (Trägersubstrat) mit einer Dicke von 525 µm und ein Quarzglaswafer (Quarzglassubstrat, Substrat aus einem anorganischen Material) mit einer Dicke von 0,5 mm wurden hergestellt und eine Wellenleitervorrichtung, die ein Wellenleiterelement, das koplanare Elektroden und ein Substrat aus einem anorganischen Material umfasst, eine Polymerschicht, eine Erdungselektrode und ein Trägersubstrat ohne irgendeine Aussparung aufweist, umfasste, wurde erhalten.
Zuerst wurde der Siliziumwafer (Trägersubstrat) mit einer Dicke von 525 µm hergestellt. Danach wurden ein Cr-Film mit einer Dicke von 50 nm und ein Ni-Film mit einer Dicke von 100 nm auf dem Siliziumwafer durch Sputtern gebildet, so dass eine Basiselektrode gebildet wurde. Ferner wurde Kupfer durch Galvanisieren zu einem Film auf der Basiselektrode ausgebildet, so dass eine Erdungselektrode gebildet wurde.
Als nächstes wurde ein wärmeaushärtender Teflon (Marke)-Film mit einer relativen Dielektrizitätskonstante von 2,3 mit der Erdungselektrode verbunden und wurde zur Bildung einer Polymerschicht mit einer Dicke von 100 µm auf der Erdungselektrode ausgehärtet. Ferner wurde ein amorpher Siliziumfilm auf der Schicht durch Sputtern gebildet. Nach der Filmbildung wurde ein Fotolack auf die Oberfläche des amorphen Siliziumfilms aufgebracht und deren Bereich direkt unterhalb der koplanaren Elektroden, wobei der Bereich eine Abmessung aufweist, die dem Wert des Ausdrucks „Breite von Signalelektrode + Lücke „g“ des Zwischenraums × 20" entspricht, wurde durch eine Fotolithografie freigelegt und entwickelt (geätzt). Auf diese Weise wurde eine Fotolackmaske gebildet. Danach wurde das amorphe Silizium durch Trockenätzen entfernt. Als nächstes wurde der amorphe Siliziumfilm einer Planarisierungsbehandlung durch Polieren unterzogen. Dabei wurde der arithmetische Mittenrauwert eines □ von 10 µm auf der Oberfläche des amorphen Siliziumfilms mit einem Rasterkraftmikroskop gemessen und betrug 0,2 nm.
Darüber hinaus wurde bezüglich des Quarzglaswafers ein amorpher Siliziumfilm mit einer Dicke von 0,2 µm auf dem Wafer durch Sputtern gebildet. Nach der Filmbildung wurde ein Fotolack auf die Oberfläche des amorphen Siliziumfilms aufgebracht und deren Bereich direkt unterhalb der koplanaren Elektroden, wobei der Bereich eine Abmessung aufweist, die dem Wert des Ausdrucks „Breite von Signalelektrode + Lücke „g“ des Zwischenraums × 20" entspricht, wurde durch eine Fotolithografie freigelegt und geätzt. Auf diese Weise wurde eine Fotolackmaske gebildet. Danach wurde das amorphe Silizium durch Trockenätzen entfernt. Der amorphe Siliziumfilm wurde einer Planarisierungsbehandlung durch Polieren unterzogen. Dabei wurde der arithmetische Mittenrauwert eines □ von 10 µm auf der Oberfläche des amorphen Siliziumfilms mit einem Rasterkraftmikroskop gemessen und betrug 0,2 nm.
Danach wurden die amorphe Siliziumoberfläche auf dem Quarzglaswafer und die amorphe Siliziumoberfläche auf der Polymerschicht direkt miteinander verbunden. Das direkte Verbinden wurde in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 durchgeführt. In dem resultierenden Quarzglas/Silizium-Verbundsubstrat wurde ein Defekt, wie z.B. ein Ablösen, an der Verbindungsgrenzfläche nicht festgestellt.
Als nächstes wurde der Quarzglaswafer derart poliert, dass dessen Dicke auf einen in der Tabelle 1 gezeigten Wert eingestellt wurde.
Als nächstes wurde eine koplanare Elektrodenstruktur auf der Oberfläche (polierte Oberfläche) des Quarzglaswafers auf der Seite gegenüber dem Siliziumwafer in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 ausgebildet. Die Länge der Signalelektrode der Struktur in deren Wellenleiterrichtung betrug 10 mm. Eine Lücke „g“ zwischen der Signalelektrode und jeder Masseelektrode davon betrug 13 µm.
Auf diese Weise wurde die Wellenleitervorrichtung erhalten, die das Wellenleiterelement, das die koplanaren Elektroden und das Substrat aus einem anorganischen Material umfasst, die Polymerschicht, die Erdungselektrode und das Trägersubstrat ohne irgendeine Aussparung umfasste.
Die Ausbreitungsverluste der resultierenden Wellenleitervorrichtung wurden in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 berechnet und bewertet. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 gezeigt.
<Beispiel 11 >
Eine Wellenleitervorrichtung wurde in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 erhalten, mit der Ausnahme, dass die Dicke des Quarzglaswafers (Quarzglassubstrat, Substrat aus einem anorganischen Material) nach dessen Polieren zu 10 µm geändert wurde.
Die Ausbreitungsverluste der resultierenden Wellenleitervorrichtung wurden in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 berechnet und bewertet. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 gezeigt.
<Vergleichsbeispiele 1 und 2>
Wellenleitervorrichtungen wurden jeweils in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass keine Aussparung in dem Siliziumwafer (Trägersubstrat) ausgebildet wurde; und die Dicke des Quarzglaswafers nach dessen Polieren zu einem in der Tabelle 1 gezeigten Wert geändert wurde.

Die Ausbreitungsverluste der resultierenden Wellenleitervorrichtungen wurden in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 berechnet und bewertet. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1

Nr.			Beispiel 1	Beispiel 2	Beispiel 3	Beispiel 4	Beispiel 5	Beispiel 6
Wellenleiterelement	Form		Geerdete koplanare Leitung		Koplanare Leitung		Geerdete koplanare Leitung
	Substrat aus einem anorganischen Material	Material	Quarzglas (amorph)		Quarzglas (amorph)		Quarzglas (amorph)
		Relative Dielektrizitätskonstante [-]	3,8		3,8		3,8
		Dielektrischer Verlustfaktor [-]	0,0010		0,0010		0,0010
		Dicke [µm]	50	100	50	100	50	50
Abschnitt mit niedriger Dielektrizitätskonstante		Form	Hohlraum		Hohlraum		Aussparung + Polymerschicht	Hohlraum
Abschnitt mit niedriger Dielektrizitätskonstante		Dicke [µm]	100		100		100	10
λ/a√_ε		λ	300
		[µm]	(1 THz)
		a = 2	76,9		76,9		76,9
Bewertung	Ausbreitungsverlust	30 GHz	⊚	⊚	◯	◯	Δ	Δ
		300 GHz	⊚	⊚	◯	◯	Δ	Δ
		500 GHz	◯	⊚	◯	◯	Δ	Δ
		1 THz	◯	Δ	◯	Δ	Δ	Δ
Nr.			Beispiel 7	Beispiel 8	Beispiel 9	Beispiel 10	Beispiel 11	Vergleichsbeispiel 1	Vergleichsbeispiel 2
Wellenleiterelement	Form		Geerdete koplanare Leitung					Geerdete koplanare Leitung
	Substrat aus einem anorganischen Material	Material	Einkristallines Silizium	Saphir	Polykristallines AIN	Quarzglas (amorph)		Quarzglas (amorph)
		Relative Dielektrizitätskonstante [-]	11,8	9,5	8,5	3,8	3,8	3,8
		Dielektrischer Verlustfaktor [-]	0,0016	0,0030	0,0015	0,0010	0,0010	0,0010
		Dicke [µm]	50	50	50	50	10	300	50
Abschnitt mit niedriger Dielektrizitätskonstante		Form	Hohlraum	Hohlraum	Hohlraum	Polymerschicht	Hohlraum
Abschnitt mit niedriger Dielektrizitätskonstante		Dicke [µm]	60			100	100
λ/a√ε		λ	300
		[µm]	(1 THz)
		a=2	43,7	48,7	51,4	76,9	76,9
Bewertung	Ausbreitungsverlust	30 GHz	◯	Δ	◯	Δ	⊚	Δ	Δ
		300 GHz	◯	Δ	◯	Δ	⊚	×	Δ
		500 GHz	◯	Δ	◯	Δ	⊚	×	Δ
		1 THz	Δ	Δ	Δ	Δ	◯	×	×

Wie es aus der Tabelle 1 ersichtlich ist, wird gefunden, dass dann, wenn ein Abschnitt mit niedriger Dielektrizitätskonstante (insbesondere ein Hohlraum) mit einer Dielektrizitätskonstante, die kleiner ist als die Dielektrizitätskonstante eines Substrats aus einem anorganischen Material, unterhalb des Substrats aus einem anorganischen Material angeordnet ist, ein Ausbreitungsverlust gering ist und ein hervorragendes Leistungsvermögen bezüglich eines niedrigen Ausbreitungsverlusts über einem breiten Frequenzbereich in einem Hochfrequenzbereich von mehr als 30 GHz sichergestellt werden kann.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die Wellenleitervorrichtung gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann in einem breiten Bereich von Gebieten eingesetzt werden, wie z.B. Lichtwellenleitern, einer Hochgeschwindigkeitskommunikation der nächsten Generation, Sensoren, einer Laserbearbeitung und Solarstromerzeugung, und kann insbesondere zweckmäßig als Wellenleiter für eine Millimeterwelle/Terahertzwelle verwendet werden. Eine solche Wellenleitervorrichtung kann beispielsweise für eine Antenne, einen Bandpassfilter, einen Koppler, eine Verzögerungsleitung (Phasenschieber) oder einen Isolator verwendet werden.
Bezugszeichenliste

1: Substrat aus einem anorganischen Material
2: Koplanare Elektrode
3: Erdungselektrode
10: Wellenleiterelement
100: Wellenleitervorrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2021509767 A [0004]

Claims

Wellenleitervorrichtung, umfassend: ein Wellenleiterelement, das ein Substrat aus einem anorganischen Material und koplanare Elektroden, die oberhalb des Substrats aus einem anorganischen Material angeordnet sind, umfasst, wobei das Wellenleiterelement eine elektromagnetische Welle mit einer Frequenz von 30 GHz oder mehr und 20 THz oder weniger leiten kann; ein Trägersubstrat, das unterhalb des Substrats aus einem anorganischen Material angeordnet ist und zum Stützen des Wellenleiterelements ausgebildet ist; und einen Abschnitt mit niedriger Dielektrizitätskonstante, der unterhalb des Substrats aus einem anorganischen Material angeordnet ist und eine Dielektrizitätskonstante aufweist, die kleiner ist als eine Dielektrizitätskonstante des Substrats aus einem anorganischen Material.
Wellenleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Dicke „t“ des Substrats aus einem anorganischen Material die folgende Formel (1) erfüllt: $t < \frac{λ}{α \sqrt{ε}}$
wobei „t“ die Dicke des Substrats aus einem anorganischen Material darstellt, λ eine Wellenlänge einer elektromagnetischen Welle darstellt, die durch das Wellenleiterelement geleitet wird, ε eine relative Dielektrizitätskonstante des Substrats aus einem anorganischen Material darstellt und „a“ einen Zahlenwert von 2 darstellt.
Wellenleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Trägersubstrat eine Aussparung aufweist, wobei eine untere Oberfläche des Substrats aus einem anorganischen Material und die Aussparung des Trägersubstrats einen Hohlraum festlegen, und wobei der Hohlraum als der Abschnitt mit niedriger Dielektrizitätskonstante wirkt.
Wellenleitervorrichtung nach Anspruch 3, wobei die koplanaren Elektroden eine Signalelektrode, die sich in einer vorgegebenen Richtung erstreckt, und Masseelektroden, die jeweils in einer Richtung angeordnet sind, welche die vorgegebene Richtung in einem Abstand von der Signalelektrode schneidet, umfasst, und wobei, wenn eine Abmessung einer Lücke zwischen der Signalelektrode und jeder der Masseelektroden in der Richtung, welche die vorgegebene Richtung schneidet, durch „g“ dargestellt ist, eine Abmessung des Hohlraums in einer Dickenrichtung des Substrats aus einem anorganischen Material gleich oder mehr als „g“ ist.
Wellenleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die ferner eine Erdungselektrode umfasst, die zwischen dem Substrat aus einem anorganischen Material und dem Trägersubstrat angeordnet ist.
Wellenleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Substrat aus einem anorganischen Material eine relative Dielektrizitätskonstante ε von 3,5 oder mehr und 12 oder weniger und einen dielektrischen Verlustfaktor tanδ von 0,003 oder weniger bei 300 GHz aufweist.
Wellenleitervorrichtung nach Anspruch 6, wobei das Substrat aus einem anorganischen Material ein Quarzglassubstrat ist.