JP2003115705A

JP2003115705A - マイクロストリップ基板

Info

Publication number: JP2003115705A
Application number: JP2002007096A
Authority: JP
Inventors: Tomomasa Miyanaga; 倫正宮永; Osamu Komura; 修小村
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2001-07-31
Filing date: 2002-01-16
Publication date: 2003-04-18

Abstract

(57)【要約】【課題】高周波の伝送損失を低減し、かつ気密性およ
び耐熱性に優れたマイクロストリップ基板を提供する。【解決手段】本発明のマイクロストリップ基板は、基
板１と、基板１の表面に形成された導体よりなるマイク
ロストリップライン３と、基板１の裏面に形成された金
属板およびメタライズ層の少なくともいずれかを含むベ
ース層５とを備えている。基板１は、気孔率が３０％以
上で、全気孔中の閉気孔の割合が５０％以上のセラミッ
クス多孔体を含んでいる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、１ＧＨｚ以上、特
に３０ＧＨｚ以上の高い周波数の導波路を形成するため
に用いられるマイクロストリップ基板に関し、より特定
的には基板の表面に導体よりなるマイクロストリップラ
インが形成されたマイクロストリップ基板に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】従来
の高周波回路基板としては、たとえば、倉石源三郎著、
「詳解例題・演習マイクロ波回路」１９８３年東京電
機大学出版局発行や、特開平６−２４４２９８号公報に
示されるように、パッケージと集積回路（ＩＣ）を接続
するための中継基板や、基板上にＩＣや抵抗、コンデン
サなどを実装したハイブリッドＩＣ用基板として誘電体
基板が用いられている。このような用途の誘電体基板の
材料として、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、ガラス、エポキシ
樹脂などが用いられている。

【０００３】このような材料の中でマイクロ波やミリ波
などの高い周波数域の用途では、基板の材料としては、
ほとんどアルミナが採用されている。アルミナが採用さ
れる理由としては以下の点が挙げられる。

【０００４】（ｉ）ガラスや、エポキシ樹脂などの樹
脂系材料は、アルミナに比べて低い比誘電率を示すが、
２５０℃程度の耐熱性しか示さない。そのため、一般的
にマイクロ波用ＩＣを接合するために用いられるろう材
としてのＡｕ−Ｓｎ合金の接合温度（３２０℃程度）に
耐えることができない。

【０００５】（ii）有機系材料からなる基板を用いる
と、誘電正接（ｔａｎδ）がセラミックス系の材料に比
べて１０〜１００倍であるため、伝送損失が大きくな
る。

【０００６】また、特にコンピュータ用マザーボードの
伝搬遅延時間を減少させるために、種々の誘電体基板を
採用する試みがなされている。その基板材料は、従来の
セラミックス（アルミナ）にガラスや樹脂などの比誘電
率の低い材料を混合したものである。

【０００７】しかしながら、ガラスを混合する場合、そ
の比誘電率が４〜５、最低でも３．５であるため、伝搬
遅延時間を減少させるために基板の比誘電率を低くする
には限界があった。また、樹脂系の材料を混合する場
合、主材料としてのアルミナが有する耐熱性を低下させ
るという問題があった。

【０００８】さらに、特開平３−９３３０１号公報や特
開平５−１８２５１８号公報で開示されている例によれ
ば、多孔質のプラスチックやポリマ樹脂という有機系の
材料が誘電体基板の材料として用いられている。しかし
ながら、このような材料を用いることにより、信号伝達
遅延時間などの伝送損失を低減するために基板の比誘電
率を低くすることができたとしても、ＩＣチップなどを
接合するための耐熱性を備えることはできない。

【０００９】ところで、従来から、マイクロ波やミリ波
などの高い周波数域でアルミナからなる誘電体基板が用
いられているが、アルミナはその比誘電率が約９〜１０
と非常に大きいため、以下の問題がある。

【００１０】（ａ）比誘電率が１の空気と接する回路
基板の部分において比誘電率の差が大きいため、電磁波
の不要モードが発生し、伝送損失を生じる。

【００１１】（ｂ）ミリ波などの高い周波数域では、
導波管よりも小型化可能な誘電体導波路が集積回路の基
本要素として使用される。誘電体導波路には多くの種類
があるが、集積化に適した平面構造の基本型として、マ
イクロストリップ線路が採用される。

【００１２】このようなマイクロストリップ線路では、
ストリップ導体が隣接して誘電体基板の上に形成された
場合、隣接導体間の結合容量が大きくなり、相互干渉を
起こしやすいという問題がある。

【００１３】（ｃ）またマイクロストリップ線路にお
いて特性インピーダンスを５０Ωに設定しようとする
と、誘電体基板の厚みとストリップ導体の線幅を１対１
に設定する必要がある。そのため、薄い膜厚の誘電体基
板を用いた場合、ストリップ導体の線幅が細くなってし
まう。その結果、そのストリップ線路における伝送損失
が大きくなると同時に、線幅の精度が特性インピーダン
スの変動に与える影響が大きいという問題がある。

【００１４】なお、特性インピーダンスＺ₀は、上記の
「詳解例題・演習マイクロ波回路」第１８７頁によれ
ば、以下の式で計算され得る。

【００１５】

【数１】

【００１６】ここで、ε_rは基板の比誘電率、Ｗは線路
導体（ストリップ導体）の幅、ｔは線路導体の厚み、ｈ
は誘電体基板の厚みを示す。

【００１７】（ｄ）マイクロストリップ線路における
伝送損失、具体的には減衰定数αは、上記の文献の第１
８９頁によれば、以下の式で与えられる。

【００１８】

【数２】

【００１９】ここで、ε_effは線路の実効比誘電率、ε_r
は誘電体基板の比誘電率、ｔａｎδは誘電正接、σ_Tは
導体の比導電率（国際標準軟銅（σ＝５．８×１０
⁷［ｓ／ｍ］）を１とした導体の比導電率）、Ｋはスト
リップ線路の断面構造と周波数によって決定される係数
を示す。

【００２０】上の式から明らかなように、伝送損失、す
なわち減衰定数αは比誘電率ε_r、誘電正接ｔａｎδ、
周波数ｆに比例して増大する。このことから、ミリ波の
ような高い周波数域では、伝送損失を低減するために
は、比誘電率のできるだけ小さい材料が基板材料として
選ばれる必要がある。しかしながら、アルミナは、その
比誘電率が９〜１０と大きいため、伝送損失が大きくな
る。

【００２１】また、組立時のハンドリングなどを考慮す
ると、マイクロストリップ基板の強度は一定値以上であ
ることが必要である。

【００２２】これらの課題を解決するものとして、たと
えば特開平８−２２８１０５号公報には、誘電体基板
に、開気孔を有する多孔質セラミックスを用いる技術が
示されている。しかし、このような開気孔の多孔質セラ
ミックスを用いた場合でも、以下のような問題点があ
る。

【００２３】（１）気密性および誘電体損失（ｉ）開気孔であるため、吸水率の制御が難しく、時
には水蒸気の溜め込みなどによりセラミックス特有の信
頼性の低下が生じる。特に高周波域において、微量の吸
湿成分や、表面に生成したＯＨ基は著しい誘電損失の要
因となる。これは、１ＧＨｚ以上の周波数域において水
の誘電正接ｔａｎδが０．１〜１と著しく大きいためで
あり、この場合、誘電率が低下しても誘電損失が増大す
るからである。

【００２４】（ii）高周波パッケージ部材などにおい
ては、気密封止が必須となる。しかし、開気孔の多孔質
材は気密性を有しておらず、さらに使用時の吸着ガス放
出などの懸念があるため、気密性が必要な用途には使用
できない。

【００２５】（２）面粗度開気孔の多孔質体の場合、表面を加工しても平坦化する
ことが困難なため、表面凹凸からの放射損が生じたり、
表面導体における導体損が大きくなり、精密な回路形成
が難しい。

【００２６】（３）ビアホール基材中にスルーホールを形成し、金属ペーストを充填す
る場合、基材が開気孔の多孔質体であると、金属ペース
トがスルーホール以外の部分へ侵入して絶縁抵抗が低下
したり導体損が増大する。

【００２７】このような多孔質体の問題点の一部を解決
するために緻密体を併用して用いる方法が、たとえば特
開平４−８８６９９号公報、特開平４−１２５９９０号
公報などに開示されている。しかし、これらの手法では
緻密体により多孔質体の強度が補われても、気密性を完
全に確保することは困難であり、また一旦生成した表面
基や吸湿による誘電損失の増大を避けられない。さらに
緻密質層と多孔質層とでは収縮率が異なるため、これら
を積層したり組合せて用いる場合には応力や亀裂発生の
要因となる。

【００２８】また、多孔質材を樹脂中に分散させるか、
または多孔質体に樹脂を含浸させて用いる手法が、たと
えば特開昭６４−３３９４６号公報、特開平３−１７７
３７６号公報に開示されている。しかし、樹脂を用いる
と耐熱性が低下すること、また樹脂を用いるため高い気
密性が得られず、セラミックス単体と比較して誘電損失
も比較的高くなる。また添加する多孔質材に表面処理な
どの特殊な処理が必要となる。

【００２９】それゆえ、本発明の目的は、高周波の伝送
損失を低減し、かつ気密性、耐熱性に優れたマイクロス
トリップ基板を提供することである。

【００３０】

【課題を解決するための手段】本発明のマイクロストリ
ップ基板は、基板と、その基板の表面に形成された導体
よりなるマイクロストリップラインと、基板の裏面に形
成された金属板およびメタライズ層の少なくともいずれ
かを含むベース層とを備え、基板は、気孔率が３０％以
上で、全気孔中の閉気孔の割合が５０％以上のセラミッ
クス多孔体を含んでいる。なお気孔率とは、基板の体積
中に占める空隙の割合のことである。

【００３１】本発明のマイクロストリップ基板では、基
板にセラミックス多孔体が用いられている。これによ
り、５００℃以上の耐熱性を有する基板を提供すること
ができる。また、セラミックス多孔体の気孔率を制御す
ることにより、従来のガラス（ＳｉＯ₂）の比誘電率よ
りも小さい比誘電率を有する基板を実現することができ
る。

【００３２】セラミックス多孔体の気孔率は３０％以上
である。気孔率が３０％未満であると、セラミックス多
孔体の材料によっては、その比誘電率がシリカガラス
（ＳｉＯ₂）本来の比誘電率よりも大きくなり、従来の
ガラスからなる誘電体基板よりも低い比誘電率を実現す
ることができないからである。

【００３３】また全気孔中の閉気孔の割合は５０％以上
であるため、吸水率の制御が容易であり、吸水などによ
る誘電損失を低減することができるとともに、気密封止
が容易となるため気密性が必要な用途に使用することも
できる。また、閉気孔の割合が５０％以上と高いため、
表面を平坦に加工することが容易であり、表面凹凸から
の放射損や、表面導体における導体損を抑制することが
できる。さらに、スルーホールを形成した場合でも金属
ペーストがスルーホール以外の部分へ侵入することも抑
制でき、それによる導体損を抑制することもできる。

【００３４】また、閉気孔の割合が５０％以上であるた
め、樹脂、有機物など損失や気密性阻害の要因となる成
分を含有することなく、高周波の伝送損失を低減しかつ
気密性および耐熱性に優れたマイクロストリップ基板を
得ることができる。

【００３５】また、基板の裏面にベース層が設けられて
いるため、このベース層によって基板の強度を大きく補
強することができる。それゆえ、多孔体の如き強度の低
い材料であっても、ベース層を設けることにより組立時
のハンドリングに必要な一定の強度を確保することが可
能となる。

【００３６】上記のマイクロストリップ基板において好
ましくは、ベース層は、ガラス基板と、そのガラス基板
の表面に形成されたメタライズ層と、ガラス基板の裏面
に形成された第２のメタライズ層とを有し、メタライズ
層が基板の裏面に接するように配置されている。

【００３７】このようにベース層には、多孔体の強度の
補強などを目的として、種々の構成のものを用いること
ができる。

【００３８】上記のマイクロストリップ基板において好
ましくは、セラミックス多孔体は、気孔率が５０％以上
で、全気孔中の閉気孔の割合が８０％以上であり、より
好ましくは９０％以上である。

【００３９】これにより、樹脂、有機物など損失や気密
性阻害の要因となる成分を含有せずに、さらに高周波の
伝送損失を低減し、かつ気密性および耐熱性に優れたマ
イクロストリップ基板を形成することができる。

【００４０】上記のマイクロストリップ基板において好
ましくは、セラミックス多孔体が、酸化アルミニウム、
窒化珪素および窒化アルミニウムからなる群より選ばれ
た少なくとも１種を含むセラミックスから形成される。

【００４１】これらの材料の選択は、機械的強度、誘電
正接（ｔａｎδ）、耐熱性の観点からなされる。また基
板を構成するセラミックスは、上記の中から２種以上の
材質を複合することによって形成されてもよい。

【００４２】なお、セラミックス多孔体の材料としてア
ルミナ、窒化珪素、酸化珪素を用いた場合、以下の表に
示されるように原理的には、気孔率に従って比誘電率を
低下させることが可能である。

【００４３】

【表１】

【００４４】上記のマイクロストリップ基板において好
ましくは、セラミックス多孔体の任意の断面において、
互いに隣り合う２つの空孔のそれぞれの半径ｒ１、ｒ２
とセラミックス部分の幅ｂとが、（ｒ１＋ｒ２）／ｂ＞
１の関係を満たす。

【００４５】このような構成とすることにより、さらに
誘電損失を低減することができる。

【００４６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図に基づいて説明する。

【００４７】図１、図２および図３は、本発明の一実施
の形態におけるマイクロストリップ基板の構成を概略的
に示す斜視図、平面図および側面図である。図１〜図３
を参照して、マイクロストリップ基板は、基板１と、マ
イクロストリップライン３と、ベース層５とを有してい
る。基板１の表面には、直線状にマイクロストリップラ
イン３が形成されている。また基板１の裏面全面には、
ベース層５が形成されている。

【００４８】基板１は、セラミックス多孔体よりなって
おり、たとえば酸化アルミニウム、窒化珪素および窒化
アルミニウムを単独または任意の組合せで含むセラミッ
クスからなっている。またマイクロストリップライン３
は、たとえば金（Ａｕ）をメタライズすることにより形
成されており、ベース層５はたとえばコバール板よりな
っている。

【００４９】基板１の長手方向の寸法はたとえば５ｍｍ
であり、短手方向の寸法はたとえば２ｍｍであり、厚み
はたとえば０．２５ｍｍである。またマイクロストリッ
プライン３の線幅はたとえば１ｍｍであり、ベース層５
の厚みはたとえば０．１ｍｍである。

【００５０】基板１の多孔質セラミックスは、図４に模
式的に示すように閉気孔をなす中空部１ａを有する構造
となっているため、緻密質部分（骨格部）１がネットワ
ーク状に連続した構造となる。基板１は、気孔率が３０
％以上の多孔質であり、全気孔中の閉気孔の割合が５０
％以上である。また基板１は、気孔率が５０％以上で、
全気孔中の閉気孔の割合が８０％以上であることが好ま
しく、さらに全気孔中の閉気孔の割合が９０％以上であ
ることが好ましい。また図４に示すセラミックス多孔体
の任意の断面において、互いに隣り合う２つの空孔１ａ
のそれぞれの半径ｒ１、ｒ２とセラミックス部分の（緻
密質部分）の幅ｂとが、（ｒ１＋ｒ２）／ｂ＞１の関係
を満たすことが好ましい。

【００５１】なお、従来の基板１に用いられる多孔質セ
ラミックスの構造は、図５に示すように複数の粒子１０
１ａが結合され、それらの粒子１０１ａ間が気孔となっ
た開気孔の構造を有しており、本実施の形態の閉気孔の
構造とは異なる。

【００５２】次に、本実施の形態のマイクロストリップ
基板の製造方法について詳述する。まず本実施の形態の
マイクロストリップ基板に用いられる基板１の多孔質セ
ラミックスは以下のように形成される。

【００５３】基板１の多孔質セラミックスは、金属粉末
と焼結助剤粉末とを準備する工程と、これらの粉末を混
合し混合粉末とする工程と、その混合粉末を成形して成
形体とする工程と、その成形体を窒素または酸素の存在
する雰囲気下で焼結し、金属窒化物または金属酸化物の
焼結体とする工程とを含む方法によって得られる。

【００５４】閉気孔は、セラミックスの前駆体である金
属粉末を中空化することによって得られる。相対密度と
全気孔中の閉気孔との割合は、出発原料である金属粉末
の粒度によって制御することができる。金属粉末として
は、市販の高純度金属粉末を用いることができる。しか
し、金属粉末の表面には、自然酸化膜やその後の熱処理
により熱酸化膜が形成される。酸化物セラミックス以外
の場合は、これらの酸化膜の量によって中空化の度合い
が著しく変化するので、金属粉末中の酸素量の制御が重
要である。酸素量は、金属酸化物に換算して、０．４ｍ
ｏｌ％以上１．５ｍｏｌ％以下の範囲のものを選択する
ことが望ましい。

【００５５】金属粉末の平均粒径は、０．１μｍ以上１
５μｍ以下が好ましい。０．１μｍ未満になると比表面
積が大きいため、前記酸素量の制御が困難となり、また
１５μｍを超えると、完全に中空化するための反応時間
が長くなるので経済的ではない。

【００５６】前記金属粉末に焼結助剤として希土類酸化
物が添加される。希土類酸化物は、Ｙｂ₂Ｏ₃、Ｓｍ
₂Ｏ₃、Ｅｒ₂Ｏ₃、Ｇｄ₂Ｏ₃、Ｙ₂Ｏ₃から選ばれる少なく
とも１種類を金属粉末に対して０．２ｍｏｌ％以上２．
５ｍｏｌ％以下添加することが好ましい。０．２ｍｏｌ
％未満では、金属の拡散が促進されず中空化が十分に行
なわれない。また、２．５ｍｏｌ％以上では、全気孔率
が低下しやすくなる。従来、セラミックスの焼結助剤と
して知られているＦｅ₂Ｏ₃やＡｌ₂Ｏ₃などは、本実施の
形態の場合、中空化が十分行なわれないので好ましくな
い。

【００５７】また、添加する焼結助剤の平均粒径は、
０．１μｍ以上１μｍ以下であることが好ましい。０．
１μｍ未満では、凝集などが生じやすくなるので取扱が
困難となり、また１μｍ以上では、金属粉末の窒化また
は酸化反応が進行しにくくなる。また、金属粉末の表面
の酸化膜が反応を妨げる場合は、上記焼結助剤に加え
て、アルカリ金属あるいはアルカリ土類金属あるいはそ
れら金属の酸化物を第２の焼結助剤として添加すること
が好ましい。第２の焼結助剤の添加量は０．１ｍｏｌ％
以上１．５ｍｏｌ％以下が好ましく、その平均粒径は
０．１μｍ以上２μｍ以下が好ましい。

【００５８】金属粉末、焼結助剤および必要に応じて添
加される有機バインダが、既存のボールミルや超音波混
合などの方法により混合され、その後乾燥される。その
後、混合物は所定の形状に成形され、成形体が得られ
る。この成形は、通常の乾式プレス成形法、押出し成形
法、ドクターブレード成形法および射出成形法のような
公知の成形法を用いることができ、所望する形状に合わ
せて品質上・生産上最も望ましい成形方法を選択するこ
とができる。なお成形に先立ち混合後の混合粉末を顆粒
状に造粒し、予めその嵩密度を高め、成形性を高めるこ
ともできる。前記有機バインダは、成形性をさらに向上
させる場合に添加するものである。

【００５９】前記成形体を窒素または酸素を含有する雰
囲気ガス中で熱処理することにより、金属の窒化または
酸化反応を進行させることで、個々の金属粉末が中空化
するとともに、反応した互いに隣り合う金属粉末の窒化
物または酸化物同士が一体化し、微細な閉気孔を有する
多孔質セラミックスを得ることができる。

【００６０】図６および図７は、金属粉末が窒化もしく
は酸化により中空化していく様子を示す模式図である。
図６および図７を参照して、まず金属粉末１ｂの表面が
窒化または酸化され、金属粉末１ｂの外周に窒化膜もし
くは酸化膜１が形成される。熱処理を進めると、窒化あ
るいは酸化反応の際に、金属が外周の窒化物あるいは酸
化物１側へ拡散して、窒化または酸化反応が進行してい
く。このように金属が外周側へ拡散することにより金属
粉末１ｂ中に空孔１ａが形成され、金属粉末１ｂは中空
化する。最終的には、金属粉末１ｂであった部分の大半
が空孔１ａとなり、空孔１ａが閉気孔として形成され
る。このように複数の空孔１ａが閉気孔として形成され
ることにより、窒化物または酸化物からなるセラミック
スの緻密質部分１がネットワーク状に連続した構造を形
成する。

【００６１】中空化の度合いは、出発原料である金属粉
末中に含まれる酸素量や、焼結助剤の種類あるいは熱処
理方法によって異なる。個々の閉気孔の大きさは、基本
的には、出発原料である金属粉末の粒度に依存する大き
さとなるので、金属粉末の粒径が均一であれば、閉気孔
の大きさは均一であり、粗大な閉気孔が含まれることは
ない。

【００６２】熱処理は、カーボンヒータ炉などで行なう
ことができる。金属粉末の拡散を促進し、粒成長による
中空構造の消失を抑制するために、マイクロ波を用いた
熱処理を行なうことが好ましい。特に２０ＧＨｚ以上の
周波数のマイクロ波を照射して加熱すると、金属粉末の
外殻に形成される金属窒化物あるいは金属酸化物への金
属の拡散をより促進することができるので、金属粉末の
中空化が容易になるため好ましい。

【００６３】熱処理温度は、出発原料の金属粉末によっ
て好ましい温度範囲が異なるため、以下に、Ｓｉを窒化
してＳｉ₃Ｎ₄の多孔質セラミックスを得る場合を例に挙
げて詳述する。

【００６４】Ｓｉを窒化する熱処理温度は、１２００℃
以上が好ましい。１２００℃未満では金属粉末の窒化反
応の進行が遅くなり、経済的ではない。また、カーボン
ヒータ加熱では１５００℃以下、マイクロ波加熱では１
７５０℃以下の温度が好ましい。これ以上の温度では金
属窒化物の相変態や粒成長が生じるため、中空化構造が
変化して本実施の形態の多孔質セラミックスを得ること
が困難となる。

【００６５】また、最高温度までの昇温は、２段階以上
に分けて階段状に昇温するのが好ましい。これは、金属
の窒化反応は発熱反応であるので、１度に最終焼結温度
まで昇温すると、自らの発熱によって温度が金属の融点
を超え、金属の溶融が発生するためである。金属の溶融
が発生すると、未反応の溶融塊となり粗大な空孔が発生
したり、成形体から溶出したりするので多孔質セラミッ
クスの機械的、電気的特性の劣化を引起す。他の金属粉
末を出発原料とする場合や酸化反応させる場合でも、温
度条件は変わるが、２段階以上に分けて階段状に昇温す
ることが好ましいことに変わりはない。

【００６６】熱処理時の雰囲気は、窒化物を得ようとす
る場合は、Ｎ₂あるいはＮＨ₃を含む非酸化性雰囲気とす
る。酸化物を得ようとする場合は、Ｏ₂を含む酸化性雰
囲気とする。いずれの場合も圧力に限定はないが、１気
圧（１０１ｋＰａ）以上５気圧（５０７ｋＰａ）以下が
好ましい。

【００６７】以上のようにして得られる本実施の形態の
基板１をなす多孔質セラミックスは、金属粉末の個々の
粒子が中空化することにより、均一な径の空孔が分散し
た組織となり、実質的に無機セラミックス単一層の多孔
質セラミックスである。このため、基板１を、耐吸湿性
に優れ、低誘電率、低誘電損失である多孔質セラミック
スから形成することができる。

【００６８】この多孔質セラミックスでは、気孔率を３
０％以上にし、かつ全気孔中の閉気孔の割合を５０％以
上にすることができる。さらに、原料金属粉末の平均粒
径、表面の酸素量、焼結助剤の種類、焼結条件などを選
べば、気孔率を５０％以上に、全気孔中の閉気孔の割合
を８０％以上もしくは９０％以上にすることもできる。

【００６９】本実施の形態における基板１をなす多孔質
セラミックスの任意の断面において、図４に示すように
互いに隣り合う２つの空孔１ａの半径をそれぞれｒ１、
ｒ２とし、セラミックス部１の厚みをｂとすると、（ｒ
１＋ｒ２）／ｂ＞１となるものを得ることができる。つ
まり、原料金属粉末の平均粒径、表面の酸素量、焼結助
剤の種類、焼結条件を選べば、空孔１ａの直径がセラミ
ックス部１の厚みの２倍以上とすることができる。より
好ましくは、（ｒ１＋ｒ２）／ｂ＞２である。このよう
な組織にすることによって誘電損失をより低減すること
ができる。

【００７０】また、本実施の形態の基板１をなす多孔質
セラミックスの誘電損失は、１０^-4程度以下となる。機
械的特性として、３点曲げによる抗折強度は、１５０Ｍ
Ｐａ以上であり、優れた電気的、機械的特性を有する多
孔質セラミックスが得られる。

【００７１】このような多孔質のセラミックスよりなる
基板１の表面にマイクロストリップライン３が形成さ
れ、かつ基板１の裏面にベース層５が形成されて、本実
施の形態のマイクロストリップ基板が形成される。

【００７２】なお、本実施の形態の多孔質セラミックス
の材料系や製造方法は、限定されるものではないが、特
に、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＯ₂、ＡｌＮ、Ａｌ₂Ｏ₃などの材料
において構造材料や電子材料として有用である。セラミ
ックスの出発原料として、ＳｉあるいはＡｌの金属粉末
を用い、この金属粉末を窒化あるいは酸化させる反応過
程で、金属元素の外殻への拡散を促進することによっ
て、均一な空孔が微細に分散した多孔質セラミックスを
容易に得ることができる。

【００７３】次に、本発明の他の実施の形態におけるマ
イクロストリップ基板の構成について説明する。

【００７４】図８、図９および図１０は、本発明の他の
実施の形態におけるマイクロストリップ基板の構成を概
略的に示す斜視図、平面図および側面図である。図８〜
図１０を参照して、本実施の形態のマイクロストリップ
基板の構成は、上述した一実施の形態のマイクロストリ
ップ基板の構成と比較して、ベース層の構成が異なる。
すなわち、ベース層は、ガラス基板１７と、そのガラス
基板１７の表面および裏面に形成されたＧＮＤメタライ
ズ層１５、１９とを有している。ガラス基板１７は、た
とえばＳｉＯ₂よりなっている。またＧＮＤメタライズ
層１５、１９は、たとえばＡｕをメタライズすることに
より形成されている。また、ベース層１５、１７、１９
の厚みの和はたとえば０．２ｍｍである。

【００７５】なお、これ以外の構成については、上述し
た一実施の形態の構成とほぼ同様であるため、同一の部
材については同一の符号を付し、その説明を省略する。

【００７６】

【実施例】（実施例１）まず、以下に示す５つのサンプ
ルを作製した。

【００７７】サンプル１：気孔率７８％、閉気孔比率９
９％の多孔質Ｓｉ₃Ｎ₄の基板とベース層とからなるマイ
クロストリップ基板。

【００７８】サンプル２：気孔率６０％、閉気孔比率８
０％の多孔質ＡｌＮの基板とベース層とからなるマイク
ロストリップ基板。

【００７９】サンプル３：特開平８−２２８１０５号公
報の実施例１に示された開気孔の多孔質ＳｉＯ₂の基板
とベース層とからなるマイクロストリップ基板。

【００８０】サンプル４：特開平８−２２８１０５号公
報の比較例１に示されたＳｉＯ₂基板からなるマイクロ
ストリップ基板。

【００８１】サンプル５：サンプル１と同じ多孔質Ｓｉ
₃Ｎ₄基板単体からなり、ベース層を有しないマイクロス
トリップ基板。

【００８２】以下、各サンプルの作製方法について説明
する。（Ａ）サンプル１の作製方法平均粒径１μｍのＳｉ粉末と焼結助剤として平均粒径
０．８μｍのＹｂ₂Ｏ₃粉末とを準備した。このとき、Ｙ
ｂ₂Ｏ₃粉末がＳｉ粉末に対して０．８ｍｏｌ％となるよ
うに準備した。各粉末はいずれも市販のものである。な
お、Ｓｉ粉末表面の酸素量は、不活性ガス融解、赤外線
検出法で測定し、ＳｉＯ₂換算で０．７ｍｏｌ％である
ことを予め確認したものを用意した。

【００８３】準備した各粉末を、メチルアルコールを溶
媒として、２４時間ボールミル混合した。混合後、自然
乾燥し、乾式プレスを用いて所定のサイズに成形した。
この成形体を大気圧の窒素雰囲気中で周波数２８ＧＨｚ
のマイクロ波加熱により、１２００℃で３時間保持した
後１４００℃に昇温し３時間保持して焼結体を得た。得
られた焼結体をＸ線回折したところ、金属Ｓｉは残存し
ておらずすべてＳｉ₃Ｎ₄になっていることを確認した。

【００８４】２段階で昇温した理由は、シリコンの窒化
反応が、１４００℃において発熱反応（Ｓｉ＋２／３Ｎ
₂＝１／３Ｓｉ₃Ｎ₄＋６４ｋＪ）であるので、１度に１
４００℃まで昇温すると自らの発熱によって、温度が１
４００℃以上になりＳｉの溶融などが発生したためであ
る。

【００８５】自然冷却後、長手方向の寸法が５ｍｍ、短
手方向の寸法が２ｍｍ、厚みが０．２５ｍｍとなるよう
に仕上げ加工を施した。

【００８６】このようにして得られたセラミックス多孔
体よりなる基板表面に、マスク蒸着法でＡｕをメタライ
ズすることによりマイクロストリップラインを形成し
た。マイクロストリップラインの線幅は０．９ｍｍとし
た。また、５ｍｍ×２ｍｍ×０．１ｍｍ^tのコバール板
を切り出し、その表面にＡｕめっきを２μｍの厚みで施
したものをベース層として用い、基板の裏面にロウ付け
して、マイクロストリップ基板を形成した。

【００８７】上記において基板となる焼結体に仕上げ加
工を施した時点で、焼結体の気孔率と全気孔中の閉気孔
の割合とを測定した。その測定は、以下のように行なっ
た。

【００８８】気孔率は、焼結体の寸法と重量から見かけ
の密度を算出し、また理論密度を焼結助剤の添加量から
混合則により計算して求め、（１−見かけ密度／理論密
度）×１００（％）の式から求めた。

【００８９】全気孔中の閉気孔の割合（閉気孔比率）
は、水銀ポロシメータにより、まず開気孔容積を測定
し、（全気孔容積−開気孔容積）／全気孔容積×１００
（％）の式により算出した。

【００９０】その結果、多孔質Ｓｉ₃Ｎ₄基板の気孔率は
７８％で、閉気孔比率は９９％であった。

【００９１】（Ｂ）サンプル２の作製方法平均粒径５μｍのＡｌ粉末と焼結助剤として平均粒径
０．８μｍのＹ₂Ｏ₃粉末および平均粒径０．５μｍのＭ
ｇＯとを準備した。このとき、Ｙ₂Ｏ₃粉末がＳｉ粉末に
対して０．２ｍｏｌ％となるように、かつＭｇＯ粉末が
Ｓｉ粉末に対して０．６ｍｏｌ％となるように準備し
た。各粉末はいずれも市販のものである。なお、Ａｌ粉
末表面の酸素量は、サンプル２と同様の方法で測定し、
Ａｌ₂Ｏ₃換算で０．７ｍｏｌ％であることを予め確認し
たものを用意した。

【００９２】準備した各粉末を、メチルアルコールを溶
媒として、２４時間ボールミル混合した。混合後、自然
乾燥し、乾式プレスを用いて所定のサイズに成形した。
この成形体を大気圧の窒素雰囲気中で周波数２８ＧＨｚ
のマイクロ波加熱により、９００℃で３時間保持した後
１２５０℃に昇温し３時間保持して焼結体を得た。得ら
れた焼結体をＸ線回折したところ、金属Ａｌは残存して
おらずすべてＡｌＮになっていることを確認した。自然
冷却後、長手方向の寸法が５ｍｍ、短手方向の寸法が２
ｍｍ、厚みが０．２５ｍｍとなるように仕上げ加工を施
した。

【００９３】このようにして得られたセラミックス多孔
体よりなる基板表面に、マスク蒸着法でＡｕをメタライ
ズすることによりマイクロストリップラインを形成し
た。マイクロストリップラインの線幅は０．５ｍｍとし
た。また、５ｍｍ×２ｍｍ×０．１ｍｍ^tのコバール板
を切り出し、その表面にＡｕめっきを２μｍの厚みで施
したものをベース層として用い、基板の裏面にロウ付け
して、マイクロストリップ基板を形成した。

【００９４】上記において基板となる焼結体に仕上げ加
工を施した時点で、サンプル１と同様にして焼結体の気
孔率と全気孔中の閉気孔の割合とを測定した。その結
果、多孔質ＡｌＮ基板の気孔率は６０％で、閉気孔比率
は８０％であった。

【００９５】（Ｃ）サンプル３の作製方法まず５ｍｍ×２ｍｍ×０．１ｍｍ^tのコバール板を切り
出し、表面にＡｕめっきを２μｍの厚みで施した。珪酸
エチル［Ｓｉ（ＯＣ₂Ｈ₅）₄］をエタノールで１０倍に
希釈し、これに水と触媒であるアンモニアを加えること
によって、加水分解とゲル化を生じさせた。これによ
り、液相部分がアルコールよりなるシリカ湿潤ゲルを生
成した。この得られたシリカ湿潤ゲルを、ガラスで作製
した内のり５．１ｍｍ×２．１ｍｍ×０．３５ｍｍ^tの
升の中にコバール板を入れた上に入れた。その升をオー
トクレーブ中で２４３℃、６．３８ＭＰａの条件下で超
臨界乾燥を施した。

【００９６】このようにして得られた金属ベース付基板
の表面にマスク蒸着法で、Ａｕをメタライズすることに
より、線幅１ｍｍのマイクロストリップラインを形成し
て、マイクロストリップ基板を形成した。

【００９７】（Ｄ）サンプル４の作製方法５ｍｍ×２ｍｍ×０．２５ｍｍ^tのＳｉＯ₂基板の裏面に
全面メタライズを施し、表面に線幅０．５ｍｍのマイク
ロストリップラインをＡｕメタライズで形成して、マイ
クロストリップ基板を形成した。

【００９８】（Ｅ）サンプル５の作成方法サンプル１と同じ方法で多孔質Ｓｉ₃Ｎ₄基板を形成し、
その基板表面に線幅０．９ｍｍのマイクロストリップラ
インをＡｕメタライズで形成した。

【００９９】このようにして得られた５つのサンプルに
ついて、伝送損失をネットワークアナライザで測定し、
Ｈｅ（ヘリウム）リークディテクタにより気密性を評価
した。その結果を表２および表３に示す。

【０１００】

【表２】

【０１０１】

【表３】

【０１０２】表２および表３の結果より、サンプル１お
よび２は、高周波帯域においても伝送損失が小さく、か
つ気密性も良好であることが判明した。

【０１０３】（実施例２）実施例１で作製したサンプル
１〜５について引張強度試験器を用いて引張強度を測定
した。その結果を表４に示す。

【０１０４】

【表４】

【０１０５】表４の結果より、サンプル１および２は、
サンプル３〜５と比較して引張強度が高くなることが判
明した。

【０１０６】（実施例３）大気または加湿雰囲気中にお
ける信頼性評価を目的として、湿度８０％の雰囲気中で
３０ＧＨｚにおける伝送特性の経時変化を測定した。そ
の結果を表５に示す。

【０１０７】

【表５】

【０１０８】表５の結果より、サンプル１では、サンプ
ル３に比較して３０ＧＨｚにおける伝送特性が経時的に
変化しないことがわかった。

【０１０９】以上の結果から、本発明のマイクロストリ
ップ基板は、特に高周波帯域において低損失でかつ気密
性が必要な用途にも適用可能であり、かつベース層を設
けたことによりさらに高強度が得られていることがわか
る。

【０１１０】今回開示された実施の形態および実施例は
すべての点で例示であって制限的なものではないと考え
られるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではな
くて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と
均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれるこ
とが意図される。

【０１１１】

【発明の効果】以上説明したように本発明のマイクロス
トリップ基板によれば、基板に気孔率が３０％以上で、
全気孔中の閉気孔の割合が５０％以上のセラミックス多
孔体を含ませることにより、樹脂、有機物など損失や気
密性阻害の要因となる成分を含有させることなく、高周
波の伝送損失を低減し、かつ気密性および耐熱性に優れ
たマイクロストリップ基板を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態におけるマイクロスト
リップ基板の構成を示す斜視図である。

【図２】本発明の一実施の形態におけるマイクロスト
リップ基板の構成を示す平面図である。

【図３】本発明の一実施の形態におけるマイクロスト
リップ基板の構成を示す側面図である。

【図４】本発明の一実施の形態におけるマイクロスト
リップ基板に用いられる基板の断面構成を示す図であ
る。

【図５】従来のマイクロストリップ基板に用いられる
基板の断面構成を示す図である。

【図６】金属粉末が中空化する様子を示す工程図であ
る。

【図７】１つの金属粉末が中空化する様子を示す工程
図である。

【図８】本発明の他の実施の形態におけるマイクロス
トリップ基板の構成を示す斜視図である。

【図９】本発明の他の実施の形態におけるマイクロス
トリップ基板の構成を示す平面図である。

【図１０】本発明の他の実施の形態におけるマイクロ
ストリップ基板の構成を示す側面図である。

【符号の説明】

１基板、３マイクロストリップライン、５ベース
層、１５，１９ＧＮＤメタライズ層、１７ガラス基
板。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、前記基板の表面に形成された導体よりなるマイクロスト
リップラインと、前記基板の裏面に形成された金属板およびメタライズ層
の少なくともいずれかを含むベース層とを備え、前記基板は、気孔率が３０％以上で、全気孔中の閉気孔
の割合が５０％以上のセラミックス多孔体を含んでい
る、マイクロストリップ基板。
【請求項２】前記ベース層は、ガラス基板と、前記ガ
ラス基板の表面に形成された前記メタライズ層と、前記
ガラス基板の裏面に形成された第２のメタライズ層とを
有し、前記メタライズ層が前記基板の裏面に接するように配置
されている、請求項１に記載のマイクロストリップ基
板。
【請求項３】前記セラミックス多孔体は、気孔率が５
０％以上で、全気孔中の閉気孔の割合が８０％以上であ
る、請求項１または２に記載のマイクロストリップ基
板。
【請求項４】前記セラミックス多孔体が、酸化アルミ
ニウム、窒化珪素および窒化アルミニウムからなる群よ
り選ばれた少なくとも１種を含むセラミックスから形成
される、請求項１〜３のいずれかに記載のマイクロスト
リップ基板。
【請求項５】前記セラミックス多孔体の任意の断面に
おいて、互いに隣り合う２つの空孔のそれぞれの半径ｒ
１、ｒ２とセラミックス部分の幅ｂとが、（ｒ１＋ｒ
２）／ｂ＞１の関係を満たす、請求項１〜４のいずれか
に記載のマイクロストリップ基板。