JP2001217613A

JP2001217613A - 非放射性誘電体線路

Info

Publication number: JP2001217613A
Application number: JP2000027289A
Authority: JP
Inventors: Yoshitake Terashi; 吉健寺師; Takeshi Okamura; 健岡村
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-01-31
Filing date: 2000-01-31
Publication date: 2001-08-10

Abstract

(57)【要約】【課題】誘電体ストリップの正確な位置決めが可能でＮ
ＲＤガイド内の信号の伝送損失を小さくできるととも
に、耐熱および耐久信頼性の高い非放射性誘電体線路を
提供する。【解決手段】一対の平行平板導体２、２間に誘電体スト
リップ３を介装してなる非放射性誘電体線路１におい
て、一対の平行平板導体２、２と誘電体ストリップ３と
を金属ロウ４によって接合する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は非放射性誘電体線路
に関し、例えばミリ波集積回路等に組み込まれて、高周
波信号のガイドとして用いられる非放射性誘電体線路に
関する。

【０００２】

【従来技術】非放射性誘電体線路（Nonradiative Diele
ctric Waveguide，以下、単にＮＲＤガイドという。）
は、間隔ｄの平行平板導体間に誘電体ストリップを介装
し、平行平板導体間の間隔ｄをｄ＜λ／２（λ：信号波
長）となるように設計することによって外部からＮＲＤ
ガイドへのノイズの侵入をなくし、かつ外部への高周波
信号の放射をなくして信号を伝送できるものである。

【０００３】従来、この種のＮＲＤガイドにおいては、
誘電体線路を形成する誘電体ストリップの材料として、
テフロン、ポリスチレンなど比誘電率が２〜４の樹脂系
の材料やアルミナやコージェライト等のセラミック材料
が多用されている。

【０００４】これらストリップは正確な位置決めを行う
必要があるために、該ストリップと前記金属板とをエポ
キシ樹脂等で接着したり、特開平１０−１６３７１２号
公報に記載されるようにポリイミド樹脂やＢＴレジン等
の耐熱性の高い有機系接着剤を用いて接着されていた。

【０００５】また、テフロン等の接着剤とのなじみが悪
いものは、特開平８−６５０１５号公報に記載されるよ
うに金属板表面に溝部を設け、該溝部内に前記ストリッ
プを挿入することにより位置決め、固定していた。

【０００６】さらに、特開平６−２６０８１４号公報や
特開平９−６４６０８号公報では、誘電体をストリップ
部とその上下面に形成されるツバ部とからなる形状する
ことによってストリップの位置ずれを防止できること、
また、誘電体の上下面に銅、銀等のメッキまたは銀ペー
ストを塗布して焼き付けることにより平行平板導体とす
ることが記載されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
エポキシ樹脂からなる接着剤では耐熱性が低いために厳
しい環境下での使用に対する信頼性が低く、また、特開
平１０−１６３７１２号公報のポリイミド樹脂やＢＴレ
ジンでも厳しい環境下に晒されると経時変化によって劣
化するという問題があった。

【０００８】さらに、特開平８−６５０１５号公報のよ
うに金属板の溝部内にストリップを挿入して固定する方
法では、ストリップの幅方向での位置ずれを小さくでき
るものの、ストリップの長さ方向への正確に位置決めを
することが困難でありストリップの長さ方向へ位置ずれ
してしまい、ダイオード、サーキュレータ、ターミネー
タ等の各部材との接続部、および前記ストリップを近接
させることによって形成されるカプラ部等での信号の伝
送損失が高くなるという問題があった。

【０００９】また、特開平６−２６０８１４号公報や特
開平９−６４６０８号公報のツバ部とストリップ部とか
らなる誘電体は寸法精度よく作製するための加工が困難
であり、さらに、メッキまたは銀ペーストの焼き付けに
より形成された平行平板導体は機械的な強度が低いため
に別途ハウジング等を設けなければならないという問題
があった。

【００１０】したがって、本発明は、誘電体ストリップ
の正確な位置決めが可能でＮＲＤガイド内の信号の伝送
損失を小さくできるとともに、耐熱および耐久信頼性の
高い非放射性誘電体線路を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
に対して検討を重ねた結果、一対の平行平板導体と前記
誘電体ストリップとを金属ロウによって接合することに
よって正確な位置決めが可能であり、かつＮＲＤガイド
の耐熱および耐久信頼性を高めることができることを知
見した。

【００１２】ここで、誘電体ストリップとしては、セラ
ミックスおよび／またはガラスからなることが望まし
く、また、前記誘電体ストリップと前記金属ロウとの間
に、特に金属箔からなる金属層が形成されてなるととも
に、前記誘電体ストリップと前記金属層とが一体的に形
成されてなることが望ましい。

【００１３】さらに、前記金属ロウがＡｕ、Ａｇ、Ｔ
ｉ、Ｓｎ、Ｐｂの群から選ばれる少なくとも１種を含有
することが望ましい。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１に本発明の非放射性誘電体線
路（以下、ＮＲＤガイドと略す。）の一例について概略
断面図を示す。図１によれば、ＮＲＤガイド１は、一対
の平行平板導体２、２間に、誘電体ストリップ（以下、
単にストリップと略す。）３が介装されており、また、
図１によれば、平行平板導体２とストリップ３が金属ロ
ウ４を介して接合されている。

【００１５】平行平板導体２は、高い電気伝導度を有す
ることおよび加工性の点で、Ｃｕ、Ａｌ、Ｆｅ、ＳＵＳ
（ステンレス）、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ等の導体板、あるい
はこれらの材料からなる導体層を表面に形成したセラミ
ックス、樹脂等の絶縁体により形成される。なお、平行
平板導体２は単純な平板形状からなるものであってもよ
いが、図２の平行平板導体６に示すようにストリップ３
と対向する位置に溝部（凹部）７を設けたものであって
もよい。

【００１６】一方、ストリップ３は、テフロン、ポリス
チレン、ガラスエポキシ等の樹脂系誘電体やコーディラ
イト、アルミナ、ガラスセラミックス、フォルステライ
ト等のセラミックスによって形成されるものであるが、
金属ロウ４をロウ付けするときの耐熱性の点でセラミッ
クスおよび／またはガラスからなることが望ましい。

【００１７】さらに、ストリップ３としては、誘電特
性、加工性、強度、小型化、信頼性等の点ではコーディ
ライト質セラミックスからなることが望ましく、また、
このコーディライト質セラミックスに対し、Ｙ、Ｌａ、
Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔ
ｍ、Ｙｂ、Ｌｕから選ばれる少なくとも１種を含有せし
めることにより、Ｑ値等の誘電特性を向上させ、低損失
で信号を伝送できる。

【００１８】また、本発明によれば、ストリップ３表面
に後述する金属層５を被着形成する場合、ＣｕやＡｇ等
の低抵抗金属と同時焼成が可能なガラスセラミックスか
らなることが望ましく、また、ガラスセラミックスとし
ては、結晶相として、誘電損失が小さいＳｉＯ₂結晶
相、ＭｇＡｌ₂Ｏ₄、ＺｎＡｌ₂Ｏ₄等のスピネル型結晶
相、Ｃａ（Ｍｇ，Ａｌ）（Ｓｉ，Ａｌ）₂Ｏ₆等のディオ
プサイド型酸化物結晶相およびそれ以外のＣａ₂ＭｇＳ
ｉ₂Ｏ₇（ａｋｅｒｍａｎｉｔｅ）、ＣａＭｇＳｉＯ
₄（ｍｏｎｔｉｃｅｌｌｉｔｅ）、Ｃａ₃ＭｇＳｉ₂Ｏ
₈（ｍｅｒｗｉｎｉｔｅ）等の類似の結晶相、ＭｇＴｉ
Ｏ₃、ＳｒＴｉＯ₃、ＢａＴｉＯ₃、ＣａＴｉＯ₃、（Ｍ
ｇ，Ｚｎ）ＴｉＯ₃等のイルメナイト結晶相、Ｚｎ₂Ｓｉ
Ｏ₄等のウイレマイト型結晶相、ＭｇＳｉＯ₃、３Ａｌ₂
Ｏ₃・２ＳｉＯ₂、Ｍｇ₂Ａｌ₄Ｓｉ₅Ｏ₁₈の群から選ばれ
る少なくとも１種が析出することが望ましく、また、上
記結晶相以外に含有されるガラス中には誘電損失が小さ
いシリカを主成分とすることが望ましい。

【００１９】また、上記ガラスセラミックス中にはスト
リップ３の強度を高め、誘電率、誘電損失を低減し、熱
膨張係数を調整するために、フィラーとして上述した結
晶相に加えてＺｎＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、コーディライト、Ｍｇ
Ａｌ₂Ｏ₄、ＭｇＯ、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、ＣａＺｒＯ₃等
を分散させることもできる。

【００２０】本発明によれば、平板導体２とストリップ
３とが金属ロウ４を介して接合されていることが大きな
特徴であり、これによってストリップの正確な位置決め
が可能であり、ＮＲＤ線路の位置ずれによるＮＲＤガイ
ド内の信号の伝送損失を小さくできるとともに、耐熱お
よび耐久信頼性の高いＮＲＤガイドをとなる。

【００２１】金属ロウ４はＡｕ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｐ
ｂの群から選ばれる少なくとも１種を含有することが望
ましく、特に、Ａｕ−Ｓｎ系半田、Ｐｂ−Ｓｎ系半田、
Ａｇ−Ｔｉ系ロウ材、Ａｇロウ等が使用可能であるが、
中でもＡｕ−Ｓｎ系半田（耐熱温度３２０℃）を主成分
とすることが望ましい。また、ＮＲＤガイド内の信号伝
送特性の劣化を防止するために金属ロウ４の最大厚み
（高さ）は１ｍｍ以下、特に０．５ｍｍ以下であること
が望ましく、平滑な表面状態であることが望ましい。

【００２２】また、ストリップ３と金属ロウ４との接着
性を高めるためにストリップ３と金属ロウ４との間に、
特にストリップ３と一体的に形成された金属層５が介在
することが望ましく、金属層５としてはストリップ３の
幅方向の寸法精度を高める点、ストリップ３の焼成によ
るそりを防止する点、ストリップ３と導体との界面の平
滑性を高めるために金属箔からなることが望ましい。さ
らに、金属層５表面にＡｕ／ＮｉまたはＡｕ等のメッキ
を施してもよい。

【００２３】また、図１のＮＲＤガイドは、平行平板導
体２が単純な平板形状からなるものであったが、本発明
はこれに限られるものではなく、図２に示すように、一
対の平行平板導体６、６の対向する面に所定形状の溝部
（凹部）７を形成し、該溝部７内に金属ロウ８および金
属層９を所定深さ充填するとともに、金属ロウ８表面に
ストリップ３をロウ付けした構造であってもよい。

【００２４】この場合、平行平板導体６の溝部７開口面
とストリップ３表面とが同一平面となるように形成され
てもよく、またストリップ３が溝部７内、すなわち平行
平板導体２内に所定の深さ埋設したものであってもよ
い。

【００２５】また、図１のＮＲＤガイドは、ストリップ
３の平行平板導体２と接する両面に金属ロウ４を介在さ
せた構成からなるが、本発明はこれに限られるものでは
なく、一方の表面のみに金属ロウが介在したものであっ
てもよい。

【００２６】次に、上記ＮＲＤガイドを作製する方法に
ついて、誘電体ストリップをコーディライト質セラミッ
クスにて作製した一例について説明する。まず、Ｍｇ
ＣＯ ₃粉末（純度９９％以上）、Ａｌ₂Ｏ₃粉末（純度９
９％以上）、ＳｉＯ₂粉末（純度９９％以上）を用いて
コーディライト組成となるように秤量し、混合する。ま
た、この混合粉末に、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓ
ｍ、Ｅｕ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕから選
ばれる少なくとも１種の酸化物、炭酸塩、硝酸塩等の粉
末（純度９９％以上）を添加することにより、焼結温度
範囲を広げ、緻密化しやすくすることができる。

【００２７】この混合粉末を、所望により大気中１１０
０℃〜１３００℃にて仮焼した後、粉砕し、適量の有機
バインダを添加して、例えば、プレス成形法や、ＣＩＰ
成形法、ドクターブレード法、圧延法等のテープ成形
法、押し出し成形法、射出成形法等の周知の成形方法に
よりストリップ形状の成形体を作製する。その後、該成
形体を大気中、所定温度で脱バインダ処理し、大気中１
３００℃〜１５００℃で焼成し、所望により表面を研磨
することにより、ストリップ形状のセラミックスを形成
することができる。

【００２８】上記セラミックスに対して、所望により、
金属粉末に所定の有機バインダ、溶媒等を添加混練した
Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｃｕ、Ａ
ｇ、Ｐｔ、Ａｕ等の金属を主成分とする金属層ペースト
を作製し、スクリーン印刷法、グラビア印刷法等の公知
の印刷法によって前記焼結体上下面に例えば金属層の厚
みが５〜３０μｍの金属層を塗布して１２００℃以下の
温度にて焼き付ける。

【００２９】その後、前記金属層を被着形成したストリ
ップを所定形状にカットやストリップまたは金属層を研
削した後、該ストリップを平行平板導体の所定の位置に
載置または狭持して上述した金属ロウを２４０〜３５０
℃程度に加熱、溶融し、固定せしめることによってスト
リップまたは金属層と平行平板導体とを接合でき、ＮＲ
Ｄ線路を形成することができる。なお、ストリップ表面
に金属層を被着形成した場合、該金属層と平行平板導体
とが金属ロウを介して接合されるように配設される。ま
た、平行平板導体間を所定の間隔に制御するために上記
ロウ付け時に平行平板導体間を加圧してもよい。

【００３０】また、前記金属層の形成方法としては、上
記のいわゆる圧膜法に限られるものではなく、上記スト
リップ成形体表面に金属ペーストを塗布して同時焼成す
る方法、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法等の薄膜形成法
によってストリップ表面に、Ｎｉ／Ｃｒ、Ａｕ／Ｃｒ、
Ａｇ／Ｃｕ／Ｃｒ、Ｃｕ／Ｔｉ、Ｎｉ／Ｔｉ、Ｐｔ／Ｔ
ｉ等の金属層を被着形成する方法形成する方法、さら
に、樹脂からなる転写フィルム表面に金属箔を被着形成
した後、該金属箔を前記成形体表面に転写する方法も適
応可能である。

【００３１】一方、上記誘電体ストリップとしてガラス
セラミックスを用いる場合の一例について説明する。ま
ず、上述したフィラーを形成するためのセラミック粉末
および／またはＳｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｂ、Ｃａ等を
含むガラス粉末に対して、所定の有機バインダ、溶媒等
を添加、混合した後、例えば、プレス成形法や、ＣＩＰ
成形法、ドクターブレード法、圧延法等のテープ成形
法、押し出し成形法、射出成形法等の周知の成形方法に
より棒状またはシート状に成形する。

【００３２】一方、上述した方法により厚みが５〜３０
μｍの金属層を被着形成する。なお、この際、転写フィ
ルムを用いてＣｕやＡｇ等の金属箔からなる金属層をス
トリップ表面に転写する方法を用いれば、ストリップの
幅方向の焼成収縮を抑制して寸法精度を高め研削加工の
時間が短縮できるとともに、焼成においてストリップが
そることを防止して寸法精度の高い誘電体ストリップを
量産性よく作製することができる。

【００３３】そして、上記金属層を被着形成した成形体
を脱バインダ処理した後、８００〜１０５０℃、特に８
３０〜９５０℃で焼成し、金属層と一体的に形成された
ストリップを作製でき、これを上記同様に金属ロウを介
して平行平板導体間の所定位置に配設することにより、
誘電体線路（ＮＲＤ線路）を有するＮＲＤガイドを作製
することができる。

【００３４】上記構成のＮＲＤガイドは、５０ＧＨｚ以
上、特に６０ＧＨｚ以上、さらには７０ＧＨｚ以上の高
周波帯で好適に使用可能である。

【００３５】

【実施例】（実施例１）ＭｇＣＯ₃粉末（純度９９
％）、Ａｌ₂Ｏ₃粉末（純度９９．７％）、ＳｉＯ₂粉末
（純度９９．４％）を、秤量混合し、この混合物を大気
中１２００℃で２時間仮焼した後、粉砕し、適量のバイ
ンダを加えて造粒した造粒粉を作製した。これを１００
ＭＰａの圧力でプレス成形して直径１２ｍｍ×厚み８ｍ
ｍの成形体を作製し、この成形体に対し、所定の温度で
脱バインダ処理を行った後、１４５５℃で２時間焼成し
た。

【００３６】得られた焼結体について、加工し、６０Ｇ
Ｈｚにおける誘電率および誘電損失をネットワークアナ
ライザ、シンセサイズドスイーパを用いて誘電体共振器
法により測定したところ、誘電率４．８、誘電損失２×
１０^-4であった。

【００３７】また、上記の造粒粉を用いて成形体を作製
し、所定の温度で脱バインダ処理を行った後、１４５５
℃で２時間焼成し、高さ１．８ｍｍ×幅０．８ｍｍ×長
さ１００ｍｍにそれぞれ切り出して誘電体ストリップを
形成した後、その上下面にスパッタ法によって膜厚が５
０μｍのチタンおよび膜厚が５０μｍの白金薄膜を（Ｐ
ｔ／Ｔｉ）形成した。

【００３８】そして、縦１００ｍｍ×横１００ｍｍ×厚
み８ｍｍの２枚の銅からなる平行平板導体間の所定位置
に誘電体ストリップと上記金属薄膜とが対向するように
配置し、金属薄膜と平行平板導体とをＡｕ−Ｓｎからな
る球状の金属ロウを介在させて、３２０℃にてロウ付け
してＮＲＤガイドを作製した。顕微鏡により観察した結
果、金属ロウの最大厚み０．１ｍｍで平滑な表面を有し
ていた。

【００３９】得られたＮＲＤガイドに対して、７６．５
ＧＨｚにおける透過損失？？をネットワークアナライザ
にて測定したところ１ｄＢであった。また、このＮＲＤ
ガイドに−４５〜１２５℃の熱サイクルを１０００回か
けた後の透過損失を上記同様に測定した結果１ｄＢであ
り、目視観察による剥離等の接着の不具合は見られなか
った。

【００４０】（実施例２）平均粒径２μｍの下記に示す
組成のガラスに対して平均粒径２μｍのセラミックフィ
ラーを添加したガラスセラミックス原料を準備した。ガラスセラミックスガラス：（ＳｉＯ₂４４重量％−Ａｌ₂Ｏ₃２９重量％−
ＭｇＯ１１重量％−ＺｎＯ７重量％−Ｂ₂Ｏ₃９重量％）
７５重量％セラミックフィラー：ＳｉＯ₂ １５重量％、ＺｎＯ
１０重量％上記混合粉末に対して、適量のバインダを加えて１００
ＭＰａの圧力でプレス成形して直径１２ｍｍ×厚み８ｍ
ｍの成形体を作製し、この成形体に対し所定の温度で脱
バインダ処理を行った後、９５０℃で２時間焼成してガ
ラスセラミックスを作製し、上記同様に６０ＧＨｚにお
ける誘電率および誘電損失を測定したところ、誘電率
４．８、誘電損失８×１０^-4であった。

【００４１】また、上記混合粉末に対して、有機バイン
ダ、溶剤を添加、混合してスラリーを作製した後、ドク
ターブレード法によってシート状に成形した。

【００４２】一方、銅箔を被着形成した転写フィルムを
前記成形体シート表面に銅箔が接着するように積層して
４０℃、１００ＭＰａで圧着した後、転写フィルムを剥
がして前記成形体シート表面に銅箔からなる金属層を積
層した。

【００４３】次に、この銅箔を被着形成した成形体シー
トを脱バインダ処理した後、９５０℃にて焼成し、銅箔
表面に金メッキを施した後、カット、研削加工を施すこ
とによって、金属層が一体的に形成された誘電体ストリ
ップを作製した。そして、実施例１と同じ平行平板導体
の所定の位置に上記誘電体ストリップの金属層を実施例
１の金属ロウを介して接続し、実施例１と同様にロウ付
けしＮＲＤガイドを作製した。なお、金属ロウの最大厚
みは０．１ｍｍで平滑な表面を有するものであった。

【００４４】得られたＮＲＤガイドについて実施例１と
同様に評価した結果、透過損失？？は２ｄＢ、熱サイク
ル付与後の透過損失は２ｄＢであり、また目視観察によ
る剥離等の接着の不具合は見られなかった。

【００４５】（実施例３）実施例１の平行平板導体の誘
電体ストリップと対向する位置に幅０．８ｍｍ×深さ
０．２ｍｍ×長さ１００ｍｍの溝部を形成し、該溝部に
実施例１の金属ロウを載置した。さらに、該金属ロウの
上部に高さ１．８ｍｍの実施例１の誘電体ストリップを
載置し、実施例１と同様に金属ロウをロウ付けする以外
は実施例１と同様にＮＲＤガイドを作製した。

【００４６】得られたＮＲＤガイドについて実施例１と
同様にＮＲＤ線路の透過損失を測定したところ１ｄＢ、
実施例１の熱サイクル付与後の透過損失は１ｄＢであっ
た。また目視観察による剥離等の接着の不具合は見られ
なかった。

【００４７】（比較例１）実施例１の金属ロウをＢＴレ
ジンに代える以外は実施例１と同様にＮＲＤガイドを作
製し、評価した結果、透過損失は１ｄＢと低いものであ
ったが、熱サイクル付与後、目視観察により接着剤と誘
電体ストリップとの間に剥離の発生が見られた。

【００４８】（比較例２）実施例３のＮＲＤガイドに対
して金属ロウを用いない以外は実施例３と同様にしてＮ
ＲＤガイドを作製した。なお、溝部の深さを調整して平
行平板導体間の間隔は実施例３と同じとした。実施例１
と同様に評価した結果、透過損失が高くて測定できず、
組み立て時に位置ずれが発生したことがわかった。

【００４９】

【発明の効果】以上詳述したとおり、本発明のＮＲＤガ
イドによれば、誘電体ストリップの正確な位置決めが可
能でＮＲＤガイド内の信号の伝送損失を小さくできると
ともに、耐熱および耐久信頼性の高いＮＲＤガイドとな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の非放射性誘電体線路の一例を示す概略
断面図である。

【図２】本発明の非放射性誘電体線路の他の一例を示す
概略断面図である。

【符号の説明】

１・・・非放射性誘電体線路２、６・平行平板導体３・・・誘電体ストリップ４、８・金属ロウ５、９・金属層７・・・溝部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の平行平板導体間に誘電体ストリップ
を介装してなる非放射性誘電体線路において、前記一対
の平行平板導体と前記誘電体ストリップとが金属ロウに
よって接合されてなることを特徴とする非放射性誘電体
線路。
【請求項２】前記誘電体ストリップがセラミックスおよ
び／またはガラスからなることを特徴とする請求項１記
載の非放射性誘電体線路。
【請求項３】前記誘電体ストリップと前記金属ロウとの
間に金属層が形成されてなり、かつ前記誘電体ストリッ
プと前記金属層とが一体的に形成されてなることを特徴
とする請求項１または２記載の非放射性誘電体線路。
【請求項４】前記金属ロウがＡｕ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｓｎ、
Ｐｂの群から選ばれる少なくとも１種を含有することを
特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の非放射性誘
電体線路。
【請求項５】前記金属層が金属箔からなることを特徴と
する請求項１乃至４のいずれか記載の非放射性誘電体線
路。