JP2004023192A

JP2004023192A - マイクロ波伝送線路

Info

Publication number: JP2004023192A
Application number: JP2002171988A
Authority: JP
Inventors: Kiyomitsu Onodera; 小野寺　清光; Tomoyuki Akeyoshi; 明吉　智幸; Masami Tokumitsu; 徳光　雅美
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2002-06-12
Filing date: 2002-06-12
Publication date: 2004-01-22

Abstract

【課題】高い周波数において発生する漏洩モード、共振モードを抑え、マイクロ波基板サイズに制限がなく、ビアホールを使用せずに、簡易作製可能であり、マイクロ波基板の資質に関係なく、伝送帯域１００ＧＨｚ以上が可能なマイクロ波伝送線路を提供する。
【解決手段】基板のマイクロ波線路信号を作製する部分を開口すると共に、開口部側面をメタライズし、開口部にマイクロ波特性に優れた、低誘電率、低ｔａｎδある誘電体材料を埋め込み、基板表面の誘電体材料上にコプレーナ線路構造を作製して、グランドメタルと開口部側面メタライズとを接続し、基板裏面の誘電体材料部をメタライズすると共に、開口部側面メタライズとを接続する。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波集積回路に用いられるマイクロ波伝送線路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロ波集積回路は、高周波信号の処理等を行う回路であり、マイクロ波集積回路には、高周波信号を伝送するマイクロ波伝送線路や各種の素子が形成されている。マイクロ波伝送線路としては、マイクロストリップ線路、コプレーナ線路がマイクロ波集積回路に汎用されている。マイクロストリップ線路、コプレーナ線路は、直流（ＤＣ）から数１００［ＧＨｚ］まで幅広い周波数帯域で使用されている。これらのマイクロ波伝送線路は、ＴＥＭ波に近いモードを有しているが、周波数が高くなると、表面モード、平行平板モードという漏洩波がマイクロ波基板上に励起する。この漏洩波は、信号伝送を行う主モードと結合して、ハイブリッドモードを形成し、主モードの損失を引き起こす。
【０００３】
また、パケッージ化されたマイクロ波基板には、空洞共振のような、マイクロ波基板の大きさに関係する共振モードが発生する。半導体集積回路基板などを実装するセラミック製マイクロ波基板などでは、基板の固定、機械強度増強のために、基板の裏面、側面などがメタライズされる。このために、マイクロ波基板の大きさに起因する共振がセラミック製マイクロ波基板などに発生しやすい。また、超高周波で動作する高速光通信用モジュール、ミリ波モジュールは、気密封止、機械強度増強、長期信頼性向上の観点から、金属筐体パッケージに実装されることが多い。このために、高速光通信用モジュール、ミリ波モジュールでも共振モードが問題となる。この基板の大きさに関係する共振モードの遮断周波数は、基板の全面をメタライズした直方体共振器である場合、マイクロ波基板を簡易的に仮定したとき、以下の式（１）で与えられる。
【０００４】
【数１】

ここで、基板寸法は縦ａ，横ｂ，厚さｔであり、ｍ，ｎ，ｐは整数、ｃは光速、εｒ　は基板の比誘電率である。漏洩波との結合周波数はマイクロ波基板の厚さに関係するが、共振モードは基板の大きさに関係する。このため、共振モードは、漏洩波よりも低い周波数から発生する。
【０００５】
（１）漏洩波との結合周波数を上げる方法としては、図９に示すように、コプレーナ線路を作製するマイクロ波基板１を２層構造にする方法が文献１（文献１：Ｙ．Ｌｉｕ，　Ｋ．Ｃｈａ，　Ｔ．Ｉｔｏ，　ＩＥＥＥ　ｔｒａｎｓ．　Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　Ｔｈｅｏｒｙ　Ｔｅｃｈ．，　ｖｏｌ．４３，　ｐｐ．１０６７−１０７２，　１９９５．）　に記載されている。なお、図９では、符号７が裏面グランド、符号４が表面グランド、符号３が信号線である。また、マイクロ波基板１の横幅がＡ１である。基板表面にコプレーナ線路を作製する場合、マイクロ波基板１の下層基板１Ａの比誘電率をε２　を、上層基板１Ｂの比誘電率ε１　より低くする。電磁界が上層基板１Ｂと空気に等しく分布すると仮定すると、コプレーナ線路の主モードであるＴＥＭ波の実効誘電率εｃｏは、簡易的に（ε１　＋１）／２である。漏洩モードの実効誘電率ε１ｅは、上層／下層基板の厚み比により変化する。また、漏洩モードの実効誘電率ε１ｅは、比誘電率ε１　，ε２　の間の値であり、ＴＥＭ波の実効誘電率εｃｏよりも常に大きい。そして、伝搬定数の２乗が実効誘電率に比例する。
【０００６】
漏洩波は、遮断周波数以上で発生し、両モードの伝搬定数が一致したときに主モードと漏洩波の結合が生じる。漏洩波モードの実効誘電率ε１ｅが低いほど、高周波側で生じる。従って、上層／下層基板の厚さを薄く、下層基板１Ａの比誘電率ε２　を低くして、漏洩波モードの実効誘電率ε１ｅを低くする程、結合周波数を高くできる。
【０００７】
しかし、この方法では、基板内の基板厚さに関係する表面波モード、平行平板モードなどの、漏洩波との結合周波数の高周波数化は可能であるが、マイクロ波基板の大きさに関係する共振モードの発生を防ぐことはできない。
【０００８】
（２）共振モードも同時に抑える方法として、先に述べた２層基板構造に加えて、下層基板下に誘電体ロスを有する層を導入する方法が、文献２（文献２：Ｍ．Ｍａｇｅｒｋｏ，　Ｌ．Ｆａｎ，　ａｎｄ　Ｋ．Ｃｈａｎｇ，　ＩＥＥＥ　ＭＴＴ−Ｓ，　Ｄｉｇｅｓｔ　ＰＰ．１６９７−１７００，１９９４．）　に記載されている。基板下層に誘電体ロス層を設けることで、共振器のＱを低下させ、共振モードを減衰させる。
【０００９】
しかし、この方法では、誘電体ロス層にまで電磁界が広がった主モードも誘電体ロスの影響を受けて、損失が増加してしまう。
【００１０】
（３）基板の大きさに関係する共振モードを発生させない第２の方法として、図１０に示すように、マイクロ波基板１の横幅を、図９に示すマイクロ波基板１の横幅に比べて狭くする。この方法が文献３（Ｒ．Ｗ．Ｊａｃｋｓｏｎ，　ＩＥＥＥ　ｔｒａｎｓ，　Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　Ｔｈｅｏｒｙ　Ｔｅｃｈ．，　ｖｏｌ．３７，　ｐｐ．　１５８２−１５８９，１９８９．）　に記載されている。なお、図１０では、符号７が裏面グランド、符号４が表面グランド、符号３が信号線である。先に述べた式（１）の共振モードの指数ｍ，ｎ，ｐのうち、基板の厚さに関係する漏洩モードが、発生より低い周波数ではｐ＝０である。さらに、マイクロ波基板１の縦横幅に関係するｍ，ｎのうち、どちらか一方が値０であれば、理論的に共振モードが発生しない。ｎ＝０とするためには、横幅ｂを所望の周波数の半波長以下にすればよい。
【００１１】
しかし、この手法をＧａＡｓマイクロ波集積回路に使用刷る場合、例えば、４０［ＧＨｚ］まで共振発生を抑圧するためには、幅Ａ２を１［ｍｍ］まで狭窄化する必要がある。従って、マイクロ波基板サイズが著しく制限されてしまい、限られた用途にしか使用できない。
【００１２】
（４）漏洩モードを抑え、高い周波数まで主モードを損伝搬させる方法として、図１１に示すように、コプレーナ線路のマイクロ波基板１の裏面に形成されている裏面グランド７を、マイクロ波基板１の表面に形成されている表面グランド４に、ビア６を用いてつなぐ構造がある。なお、図１１では、符号３が信号線である。マイクロ波基板１の表面グランド４を固定することで、漏洩モード及び共振モードを抑圧する。
【００１３】
図１１に示す方法は、セラミック基板などの受動素子用、実装用マイクロ波基板で標準的に行われている。半導体集積回路基板では、マイクロストリップ線路のグランドを接続するために行われている。
【００１４】
しかし、この方法では、マイクロ波基板１にビアホールを貫通させ、このビアホールにビア６を埋め込むという、煩雑な工程が必要である。ビアホールは、高い周波数ほどメタルエッジ近くに配置し、ビア６の間隔を狭くしなければならず、高精度なアライメントが必要である。セラミック製マイクロ波基板で用いられているスクリーン印刷、ドリル開口では、アライメント精度に限界があり、数１０［μｍ］以下の精度が困難である。半導体製マイクロ波基板でも、垂直性のよいビアホールを厚い基板に、高精度に開口することは困難である。また、マイクロ波基板１の下にある裏面グランド７の、基準となるグランド電位の安定化が必須である。例えば、入出力に同軸線路を用いた金属筐体パッケージに、コプレーナ線路を搭載したマイクロ波基板を実装する場合、入出力用同軸線路のグランドである外導体及びパッケージ筐体と、マイクロ波基板の裏面グランド、マイクロ波基板の表面グランドが固定されなければならない。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術には、以下の▲１▼〜▲４▼の問題がある。
【００１６】
▲１▼　マイクロ波基板を２層構造とすることで、漏洩波モードとの結合をより高周波側にシフトさせることができるが、より低い周波数で発生するマイクロ波基板の大きさに起因する共振モードを抑えることができない。
【００１７】
▲２▼　マイクロ波基板を多層構造として誘電体ロス層を導入し、共振モードを抑える方法では、主モードも誘電体ロスの影響を受けてしまう。
【００１８】
▲３▼　マイクロ波基板の横幅を狭くする方法では、マイクロ波基板サイズが著しく制限されてしまい、限られた用途にしか使用できない。
【００１９】
▲４▼　コプレーナ線路のグランドと基板下のグランドを用いて繋ぎ、基板表面上のコプレーナ線路グランドを固定する方法では、煩雑なビアホール工程において、高精度なアライメントが必要となる。また、基準となる基板下のグランド電位の安定化が必須となる。
【００２０】
本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、高い周波数において発生する漏洩モード、共振モードを抑え、マイクロ波基板サイズに制限がなく、煩雑で、長時間を要し、高精度なアライメントが必要なビアホールを使用せずに、簡易作製可能であり、マイクロ波基板の資質に関係なく、伝送帯域１００ＧＨｚ以上が可能なマイクロ波伝送線路を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１の発明は、一部に貫通穴が設けられた基板と、
貫通穴の側壁に敷かれた第１の配線金属と、貫通穴に充填された誘電体と、誘電体上に配置されたマイクロ波線路の信号線と、第１の配線金属に接続されているマイクロ波線路のグランドと、マイクロ波線路のグランドに敷かれた第２の配線金属と、基板の裏面の少なくとも誘電体に敷かれ、第１の配線金属に接続されている第３の配線金属と、を有する。
【００２２】
請求項２の発明は、一部に貫通穴が設けられた基板Ａと、貫通穴の側壁に敷かれた第１の配線金属と、貫通穴に充填された誘電体Ａと、誘電体Ａ上に配置されたマイクロ波線路の信号線と、第１の配線金属に接続されているマイクロ波線路のグランドと、マイクロ波線路のグランドに敷かれた第２の配線金属と、基板の裏面の少なくとも誘電体Ａに敷かれ、第１の配線金属に接続されている第３の配線金属と、を有する第１の基板と、
一部に貫通穴が設けられた基板Ｂと、貫通穴の側壁に敷かれた第４の配線金属と、貫通穴に充填された誘電体Ｂと、基板裏面の少なくとも誘電体Ｂ下に敷かれ、第１の配線金属と接続されている第５の配線金属と、を有する第２の基板と、を有し、
第１の基板と第２の基板が突き合わされ、第２の配線金属と第４の配線金属が接続される。
【００２３】
請求項３の発明は、一部に貫通穴が設けられた基板と、貫通穴の側壁に敷かれた第１の配線金属と、貫通穴に充填された誘電体と、誘電体上に配置されたマイクロ波線路の信号線と、第１の配線金属にビアを介して接続される第２の配線金属からなるマイクロ線路のグランドと、を有する。
【００２４】
請求項４の発明は、一部に貫通穴が設けられた基板Ａと、貫通穴の側壁に敷かれた第１の配線金属と、貫通穴に充填された誘電体Ａと、誘電体Ａ上に配置されたマイクロ波線路の信号線と、第１の配線金属に接続されているマイクロ波線路のグランドと、マイクロ波線路のグランドに敷かれた第２の配線金属と、基板の裏面の少なくとも誘電体Ａに敷かれ、第１の配線金属に接続されている第３の配線金属と、を有する第１の基板と、
一部に貫通穴が設けられた基板Ｂと、貫通穴の側壁に敷かれた第４の配線金属と、貫通穴に充填された誘電体Ｂと、基板裏面の少なくとも誘電体Ｂ下に敷かれ、第１の配線金属と接続されている第５の配線金属と、を有する第２の基板と、
第１の基板と第２の基板の間に配置され、側面で接続される誘電体でなる基板と、
第１の基板、第２の基板及び誘電体でなる基板のそれぞれの接続面を接続する第６の配線金属と、誘電体でなる基板上に配置されるマイクロ波線路の信号線と、第６の配線金属に接続され、第７の配線金属からなるマイクロ線路のグランドと、少なくとも誘電体でなる基板下に敷かれ、第６の配線金属に接続される第８の配線金属と、を有する。
【００２５】
請求項５の発明は、請求項１から４のいずれか１項記載のマイクロ波伝送線路において、基板が、Ｓｉ，Ｇｅ，ＧａＡｓ，ＩｎＰ，ＳｉＣ，ＧａＮ，または、ＧａＳｂ、または、それらの化合物でなる。
【００２６】
請求項６の発明は、請求項１から４のいずれか１項記載のマイクロ波伝送線路において、基板が、セラミック、ガラスセラミックス、または、テフロン（登録商標）でなる。
【００２７】
請求項７の発明は、請求項５または、請求項６のマイクロ波伝送線路において、基板の裏面、表面または、両面の全部または、一部に、高抵抗層または、高誘電体損層を有し、高抵抗層または、高誘電体損層が、結晶成長、イオン注入、拡散などを用いたドーピングまたは不純物の混合によって形成される。
【００２８】
請求項８の発明は、請求項１から４のいずれか１項記載のマイクロ波伝送線路において、基板が、ＦＲ４，ＢＴレジン、ガラスエポキシ、ポリイミドガラスなどの有機系樹脂でなる。
【００２９】
請求項９の発明は、請求項１から４のいずれか１項記載のマイクロ波伝送線路において、基板が、Ａｌ，Ｃｕ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｎｉ，ステンレス鋼、エナメル鋼、コバール、及びそれらの混合物などからなる金属鋼板でなる。
【００３０】
請求項１０の発明は、請求項１から４のいずれか１項記載のマイクロ波伝送線路において、誘電体、誘電体Ａ，誘電体Ｂが、ポリイミド，ＢＣＢ（Ｂｅｎｚｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ），シリコーン、液晶ポリマ、フッ素樹脂などの有機系材料からなる。
【００３１】
請求項１１の発明は、請求項１から４のいずれか１項記載のマイクロ波伝送線路において、誘電体、誘電体Ａ，誘電体Ｂが、シリコン酸化物、シリコン窒化物、ガラスセラミックスなどの無機系材料からなる。
【００３２】
上記のように、本発明のマイクロ波線路では、基板のマイクロ波線路信号を作製する部分を開口（穴を貫通させ）すると共に、開口部側面をメタライズし、開口部にマイクロ波特性に優れた、低誘電率、低ｔａｎδである誘電体材料を埋め込み、基板表面の誘電体材料上にコプレーナ線路構造を作製して、グランドメタルと開口部側面メタライズとを接続し、少なくとも、基板裏面の誘電体材料部をメタライズすると共に、開口部側面メタライズとを接続する。これにより、マイクロ波信号線−表面グランド間に閉じ込められている主モードの電磁界が、基板に漏洩しない構造となることで、高い周波数まで表面波モード、平行平板ノードなどの不要漏洩モード、また、共振モードの発生を抑えることが可能となる。
【００３３】
また、マイクロ波挿入損失は、基板貫通部に埋め込まれた誘電体材料で決定されるため、マイクロ波特定が良好でない、安価なマイクロ波基板材料を用いることが可能となる。
【００３４】
さらに、基板を貫くビアホールを数多く設ける必要がなく、１つのマイクロ波配線に対して貫通穴を１つ開口するだけで製作できると共に、ビアホールほどの高精度なアライメント技術が不要なため、プロセス工程が大幅に軽減できる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明の実施の形態について説明する。
【００３６】
［第１の実施の形態］
本実施の形態は、請求項１の構成に対応する。
【００３７】
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるマイクロ波伝送線路の模式図である。同図（ａ）は、基板上部構造を示し、同図（ｂ）は、基板断面構造を示し、同図（ｃ）は、基板側面構造を示す。
【００３８】
同図に示すマイクロ波伝送線路は、第１の基板１、第１の誘電体２、マイクロ波線路信号線３、マイクロ波線路表面グランド４、側面金属配線５、基板裏面グランド７から構成される。
【００３９】
第１の基板１は、Ｓｉ，Ｇｅ，ＧａＡｓ，ＩｎＰ，ＳｉＣ，ＧａＮ，ＧａＳｂなどの半導体または、その化合物からなる。
【００４０】
まず、第１の基板１を、所望の厚さ１００〜６００μｍにし、硫酸系、塩酸系、硝酸系、フッソ酸系、アルカリ系などの溶液でウェットエッチングするか、または、フッ素系、塩素系などのガスを用いた反応性イオンエッチングなどを用いて、貫通穴を作製する。貫通穴の側壁には、メッキ法、スパッタ法、蒸着法などを用いて、Ａｕ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｗ，Ｍｏ，Ｃｒおよびその混合物などでなる金属を付着させて、側面金属配線５を作製する。次に、貫通穴に、第１の誘電体２であるポリミド、ＢＣＢ（Ｂｅｎｚｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ）　、シリコーン、液晶ポリマ、フッ素樹脂などの有機系材料を、スピンコーティング法、ＣＭＰ法、Ｃｕ，Ｗ，Ｍｏ，Ｃｒ及びその混合物などでなる金属を堆積して、マイクロ波線路信号線３、マイクロ波線路表面グランド４を形成すると共に、基板裏面に、同様の金属を用いて基板裏面グランド７を形成する。
【００４１】
埋め込み材料の粘性が低い場合には、貫通穴にレジストなどのダミー材料を充填して、先に基板裏面グランド７を形成し、この後、ダミー材料を除去して、貫通穴に所望の誘電体材料を埋め込んでも構わない。
【００４２】
図２は、本発明の第１の実施の形態におけるマイクロ波線路の特性を示す。第１の基板１は、大きさ６ｍｍ×５ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのＧａＡｓ基板である。マイクロ波伝送線路の線路長は６ｍｍ，線路幅０．１５である。信号線下の貫通穴に埋め込んだ誘電体はＢＣＢ（比誘電率２．７）である。参照として、図３に通常のＧａＡｓ上コプレーナ線路の特性を示す。通常のコプレーナ線路においては、１０ＧＨｚ以上からマイクロ波基板の大きさに起因する共振モードが多数発生し、入射損失、反射損失が著しく増加している。しかし、本実施の形態のマイクロ波線路では、１００ＧＨｚ以上でも漏洩モード、共振モードは見られず、主モードであるコプレーナモードが損失なく伝搬している。貫通穴にＢＣＢを埋め込むことで、マイクロ波伝送線路の特性は、低誘電率、低ｔａｎδ材料であるＢＣＢの特性で決定される。比較的項誘電率であるＧａＡｓのようなマイクロ波基板材料においても、主モード電磁界を基板側へ漏洩させない本実施の形態のマイクロ波線路の優位性は明らかである。
【００４３】
［第２の実施の形態］
本実施の形態では、図１の構造において、第１の基板１をセラミック、ガラスセラミック、テフロン（登録商標）などで構成するものである。本発明のマイクロ波線路の主モード伝送特性は、マイクロ波線路信号線３、マイクロ波線路表面グランド４、及び基板裏面グランド７に囲まれた第１の誘電体２で決定されるため、前述の第１の実施の形態と同様の優れたマイクロ波特性が得られる。
【００４４】
図１において、第１の基板１をセラミックで構成する場合は、まず、所望の厚さ１００〜６００μｍのグリーンテープ（セラミック）を用意し、打ち抜き、機械的または、レーザドリリングなどにより、貫通穴を作製する。貫通穴の側壁には、ペースト印刷などを用いて、Ｗなどでなる金属を付着させて、側面金属配線５を作製する。セラミック基板の形抜き、焼結後、貫通穴に、第１の誘電体であるポリイミド、ＢＣＢ（ｂｅｎｚｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ）、シリコーン、液晶ポリマ、フッ素樹脂などの有機系材料を、スピンコーティング法、ＣＭＰ法（ケミカルメカニカルエッチング法）などを用いて埋め込む。最後に、メッキ法、スパッタ法、蒸着法などを用いて、Ａｕ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｗ，Ｍｏ，Ｃｒ及び、その混合物などでなる金属を堆積して、マイクロ波線路信号線３、マイクロ波線路表面グランド４を形成すると共に、基板裏面に、同様の金属を用いて、基板裏面グランド７を形成する。本発明のマイクロ波線路は、図４に示すように、第２の基板８上に作製しても、特性に変化はない。従って、貫通穴を形成し、側面金属配線５を作製した後、第２基板を積層し、焼結後に、貫通穴に第１の誘電体２を充填しても構わない。この場合、他のマイクロ波配線、電源配線などが作製された第２の基板８上に張り合わせて作製することで、多層構造基板とすることが可能である。
【００４５】
本実施の形態によれば、基板を貫く数多くのビアホールを設ける必要がなく、１つの貫通穴を開口するだけで製作できる。一般的に、ビアホール作製には、アライメント精度及び微細加工精度を向上させるために、機械的または、レーザドリリングが用いられており、貫通穴開けプロセス時間は、ビアホール個数に比例する。従って、貫通穴個数が少ない本構造は、プロセス工程の大幅な軽減となる。
【００４６】
本実施の形態によるマイクロ波伝送線路の高次モード（不要波）の遮断周波数は、貫通穴の幅と充填する誘電体２の誘電率で決定される。誘電体２としてＢＣＢを用いた場合、高次モードの遮断周波数を１００ＧＨｚ以上とするためには、貫通穴の幅は１ｍｍ以下であればよい（しかし、誘電体２がアルミナの場合には、貫通穴の幅は０．５ｍｍ以下）。従って、誘電体２とし誘電率の低い材料を選択することで、貫通穴の微細加工精度、アライメント精度が緩和され、打ち抜き法で作製することも可能であり、更なるプロセス工程の軽減となる。
【００４７】
更に、マイクロ波線路信号線３、ッマイクロ波線路表面グランド４は、セラミック焼結後に形成するために、導電率の良好なＡｕ，Ａｌ、Ｃｕなどの金属材料を用いることができ、マイクロ波伝送損失を最小限に抑えることが可能である。
［第３の実施の形態］
本実施の形態では、図１の構造において、第１の基板１をＦＲ４，ＢＴレジン、ガラスエポキシ、ポリイミドガラスなどの有機系樹脂で構成したものである。本発明のマイクロ波線路の主モード伝送特性は、マイクロ波線路信号線３、マイクロ波線路表面グランド４、及び、基板裏面グランド７に囲まれた第１の誘電体２で決定されるため、優れたマイクロ波特性が得られる。
【００４８】
図１において、第１の基板１をガラスエポキシで構成する場合は、まず、所望の厚さ１００〜６００μｍのガラスエポキシ板を用意し、打ち抜き、機械的または、レーザドリリングなどにより、貫通穴を作製する。貫通穴の側壁には、ペースト印刷、メッキ法、スパッタ法、蒸着法などを用いて、Ａｕ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｗ，Ｍｏ，Ｃｒ及びその混合物などでなる金属を付着させて、側面金属配線５を作製する。貫通穴に、第１の誘電体２であるポリイミド、ＢＣＢ（Ｂｅｎｚｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ）、シリコーン、液晶ポリマ、フッ素樹脂などの有機系材料を、スピンコーティング法、ＣＭＰ法（ケミカルメカニカルエッチング法）などを用いて埋め込む。最後に、ペースト印刷、メッキ法、スパッタ法、蒸着法などを用いて、Ａｕ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｗ，Ｍｏ，Ｃｒ及びその混合物などでなる金属を堆積して、マイクロ波線路信号線３、マイクロ波線路表面グランド４を形成すると共に、基板裏面に、同様の金属を用いて基板裏面グランド７を形成する。
【００４９】
本実施の形態においても、基板を貫くビアホールを多数個設ける必要がなく、プロセス工程の軽減となる。また、基板材料が安価であるために、低価格化が可能である。
【００５０】
また、ガラスエポキシなどの安価な有機系樹脂材料は、熱膨張係数が大きいが、第１の誘電体２として、ポリイミドなどの比較的柔軟性に富む材料を用いることで、応力緩和を行うことが可能である。また、本発明のマイクロ波伝送線路に、バンプ接続を用いて、チップを接続する場合にも、柔軟性に富む誘電体２により、バンプ部に掛かる応力を軽減することができる。
【００５１】
［第４の実施の形態］
本実施の形態は、図１の構造において、第１の基板をＡｌ，Ｃｕ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｎｉ、スレンレス鋼、エナメル鋼、コバール及びその混合物などからなる金属鋼板で構成したものである。本発明のマイクロ波線路の主モード伝送特性は、マイクロ波線路信号線３、マイクロ波線路表面グランド４、及び基板裏面グランド７に囲まれた第１の誘電体２で決定されるため、優れたマイクロ波特性が得られる。
【００５２】
図１において、まず、第１の基板１を所望の厚さ１００〜６００μｍにし、硫酸系、塩素系、硝酸系、フッ酸系などの溶液でウェットエッチングするか、または、フッ素系、塩素系などのガスを用いた反応性イオンエッチングなどを用いて、貫通穴を作製する。次に、貫通穴に、第１の誘電体２であるポリイミド、ＢＣＢ（Ｂｅｎｚｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｃｅ）　、シリコーン、液晶ポリマ、フッ素樹脂などの有機系材料を、スピンコーティング法、ＣＭＰ法（ケミカルメカニカルエッチング法）などを用いて埋め込む。最後に、メッキ法、スパッタ法、蒸着法などを用いて、Ａｕ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｗ，Ｍｏ，Ｃｒ及びその混合物などでなる金属を堆積して、マイクロ波線路信号線３、マイクロ波線路表面グランド４を形成すると共に、基板裏面に、同様の金属を用いて基板裏面グランド７を形成する。
【００５３】
このような金属鋼板製のマイクロ波基板は、放熱性に優れるために、ハイパワー半導体集積回路実装用マイクロ波基板として最適である。
【００５４】
［第５の実施の形態］
本実施の形態は、第１の実施の形態における第１の誘電体２をシリコン酸化物、シリコン窒化物、ガラスセラミックス、などの無機系材料に置き換えたものである。本発明のマイクロ波線路の主モード伝送特性は、マイクロ波線路信号線３、マイクロ波線路表面グランド４、及び、基板裏面グランド７に囲まれた第１の誘電体２で決定されるため、それぞれの材料において優れたマイクロ波特性が得られる。
【００５５】
［第６の実施の形態］
本実施の形態は、請求項２の構成に対応する。
【００５６】
図５は、本発明の第６の実施の形態におけるマイクロ波線路の模式図である。同図（ａ）は、基板上部構造を示し、同図（ｂ）は、基板断面構造を示し、同図（ｃ）は、基板側面構造を示す。
【００５７】
本実施の形態は、第１の実施の形態の構造の上部に第１の基板１と同様に、貫通穴を第２の誘電体９で充填した第２の基板を用意して、貼り合わせた構造である。
【００５８】
第２の基板８は、第１の基板１と同じ、Ｓｉ，ｇｅ，ＧａＡｓ，ＩｎＰ，ＳｉＣ，ＧａＮ，ＧａＳｂなどの半導体または、化合物により構成されている。
【００５９】
また、第２の誘電体９も同様に、第１の誘電体２と同じ、ポリイミド、ＢＣＢ（Ｂｅｎｚｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ）、シリコーン、液晶ポリマ、フッ素樹脂などの有機系材料で構成されている。
【００６０】
第１の基板１と第２の基板８の厚さを等しくすることで、上下対象な電磁界分布を有するコプレーナ線路となる。さらに、厚さ及び掘込み深さを調整することで、同軸線路に近い電磁界分布を有するコプレーナ線路とすることも可能であり、同軸線路接続に好適となる。第１の実施例と同様以上の効果を得ることが可能である。
【００６１】
更に、第１の実施の形態と同様に、第１の基板１、第２の基板８をセラミック、ガラスセラミック、テフロン（登録商標）など、または、ＦＲ４、ＢＴレジン、ガラスエポキシ、ポリイミドガラスなどの安価な有機系樹脂、または、Ａｌ，Ｃｕ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｎｉ，ステンレス鋼、エナメル鋼、コパール及びその混合物などからなる金属鋼板で構成しても構わない。第１の誘電体２、第２の誘電体９も、第１の実施の形態と同様に、シリコン酸化物、シリコン窒化物、セラミック、ガラスセラミックス、などの無機系材料に置き換えても構わない。
【００６２】
［第７の実施の形態］
本実施の形態は、請求項３の構成に対応する。
【００６３】
図６は、本発明の第７の実施の形態におけるマイクロ波伝送線路の模式図である。同図（ａ）は、基板上部構造を示し、同図（ｂ）は、基板断面構造を示し、同図（ｃ）は、基板側面構造を示す。
【００６４】
同図において、第１の基板１は、Ｓｉ，Ｇｅ，ＧａＡｓ，ＩｎＰ，ＳｉＣ，ＧａＮ，ＧａＳｂなどの半導体または、その化合物により作製されている。第１の誘電体２は、ポリイミド，ＢＣＢ（Ｂｅｎｚｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ）、シリコーン、フッ素樹脂などの有機系材料で構成されている。マイクロ波線路信号線３、マイクロ波線路表面グランド４、基板裏面グランド７は、Ａｕ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｗ，Ｍｏ，Ｃｒ及びその混合物でなる金属などで形成されている。マイクロ波線路表面グランド４と基板裏面グランド７は、ビアホール６を介して接続されている。ビアホール６の間隔Ｌｂ　は、主要伝送モードの波長の１／４より十分狭くすれば、電磁界の漏洩を防ぐことができる。つまり、
【００６５】
【数２】

とすればよい。ここで、ｃは光速、εｅｆｆ　は、主要伝送モードの実効誘電率、ｆはその周波数である。
【００６６】
以上のようなマイクロ波線路によれば、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。
【００６７】
さらに、第１の実施の形態と同様に、第１の基板１をセラミック、ガラスセラミックス、テフロン（登録商標）など、または、ＦＲ４，ＢＴレジン、ガラスエポキシ、ポリイミドガラスなどの安価な有機系樹脂、または、Ａｌ，Ｃｕ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｎｉ、ステンレス鋼、エナメル鋼、コバール及びその混合物などからなる金属鋼板で構成しても構わない。第１の誘電体２も、第１の実施の形態と同様に、シリコン酸化物、シリコン窒化物、セラミック、ガラスセラミックス、などの、無機系材料に置き換えても構わない。
【００６８】
［第８の実施の形態］
本実施の形態は、請求項４の構成に対応する。
【００６９】
図７は、本発明の第８の実施の形態におけるマイクロ波伝送線路の構造を示す模式図である。同図（ａ）は、基板上部構造を示し、同図（ｂ）は、基板断面構造を示し、同図（ｃ）は、基板側面構造を示す。
【００７０】
同図において、第１の基板１及び第２の基板８は、Ｓｉ，Ｇｅ，ＧａＡｓ，ＩｎＰ，ＳｉＣ，ＧａＮ，ＧａＳｂなどの半導体または、その化合物により作製されている。第１の誘電体基板２は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、セラミック、ガラスセラミックスなどで作製されている。
【００７１】
第１の基板１、第２の基板８、及び、第１の誘電体基板２は、第１の誘電体基板を真ん中にして、側面で張り合わされている。張り合わせは、側面金属配線５を介して行われる。貼り合わされた基板の表面に、マイクロ波線路信号線３、マイクロ波線路表面グランド４が形成され、側面金属配線５とマイクロ波線路表面グランド４が接続されている。さらに、張り合わされた基板の裏面には、少なくとも第１の誘電体基板２を覆うように金属配線７が引かれており、金属配線７は、側面金属配線５に接続されている。
【００７２】
本実施の形態のように、基板を張り合わせた場合にも、第１の実施の形態と同等の性能が得られる。
【００７３】
さらに、第１の実施の形態と同様に、第１の基板１をセラミック、ガラスセラミックス、テフロン（登録商標）など、または、ＦＲ４，ＢＴレジン、ガラスエポキシ、ポリミドガラスなどの安価な有機系樹脂、または、Ａｌ，Ｃｕ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｎｉ，ステンレス鋼、エナメル鋼、コバール及びその混合物などからなる金属鋼板で構成してもよい。第１の誘電体２も、第１の実施の形態と同様に、ポリイミド、ＢＣＢ（Ｂｅｎｚｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ）、シリコーン、フッ素樹脂などの有機系材料に置き換えても構わない。
【００７４】
［第９の実施の形態］
図８は、本発明の第９の実施の形態におけるマイクロ波伝送線路の模式図である。同図（ａ）、（ｂ）は、基板断面構造を示している。
【００７５】
この構造は、第１の実施の形態と同一であるが、基板裏面、表面、または、両面の、一部または、全面に高抵抗層、または、高誘電体損失層１２を有することを特徴としている。この高抵抗／高誘電体損失層１２は、結晶成長、イオン注入、不純物拡散を用いて、マイクロ波基板１に直接作製するか、または、高抵抗膜／高誘電体損失膜の張り付けなどで得ることができる。図８（ａ）は、基板表面層に損失層を設けた場合を示し、図８（ｂ）は、基板裏面に損失層を設けた場合を示している。
【００７６】
基板の大きさに関係する共振モードは、基板厚さに起因する漏洩モード発生以下の周波数においては、基板表面に垂直な電界を有する。基板裏面に損失層を設けた場合には、この損失層内において以下のような減衰定数αで共振モードが減衰する。
【００７７】
【数３】

ここで、μは透磁率、σは損失層の伝導率、ｆは周波数である。
【００７８】
従って、第１の実施の形態のマイクロ波伝送線路は主モードの電磁界を基板側に漏らさない構造であるが、万一基板側に漏れた場合でも、本実施の形態のように損失層を設ければ、共振モードを抑圧することが可能である。基板にこのような損失層を設けても、本発明の場合には、従来の共振モードも同時抑える方法と異なり、主モードと漏洩モードは空間的に分離されているため、主モードはこの損失層による影響を受けない。
【００７９】
なお、本発明は、上記の各実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲内において、種々変更・応用が可能である。
【００８０】
【発明の効果】
上述のように、本発明のマイクロ波伝送線路によれば、以下のような効果がある。
【００８１】
主モードの電磁界を基板側に漏洩させないことで、高い周波数において発生する漏洩モード、共振モードを抑えることができる。
【００８２】
基板を貫く多くのビアホールを設ける必要がなく、１つのマイクロ波配線に対して貫通穴を１つ開口するだけで製作できると共に、ビアホールほどの高精度なアライメント技術が不要なため、プロセス構成が大幅に軽減される。
【００８３】
スロット線路などの他のプレーナ型線路との整合がよい。
【００８４】
マイクロ波実装基板、受動基板ばかりでなく、能動回路を搭載した半導体集積回路にも使用でき、チップサイズに制限がない。
【００８５】
主要なマイクロ波伝送特性は、マイクロ波信号線周りに配置された誘電体の特性（比誘電率、誘電体ロス、周波数分散）に依って決定され、使用する基板に対して自由度が大変大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるマイクロ波伝送線路の模式図（基板貫通型（ビアなし）−下クランド）である。
【図２】本発明の第１の実施の形態におけるマイクロ波線路の特性を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における通常のコプレーナ線路の特性を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態におけるマイクロ波伝送線路の模式図（基板貫通型（ビア無し）−下グランド／裏面基板付）である。
【図５】本発明の第６の実施の形態におけるマイクロ波伝送線路の模式図（基板貫通型（ビア無し）−上下グランド）である。
【図６】本発明の第７の実施の形態におけるマイクロ波伝送線路の模式図（基板貫通型（ビア有り）−下グランド）である。
【図７】本発明の第８の実施の形態におけるマイクロ波伝送線路の模式図（基板張合わせ型（ビア無し）−下グランド）である。
【図８】本発明の第９の実施の形態におけるマイクロ波伝送線路の模式図（基板貫通型（ビア無し）−下グランド／ロス有り）である。
【図９】従来の漏洩波と結合周波数を上げる方法を説明するための図である。
【図１０】従来の基板の大きさに関係する共振ノードを発生させない方法を説明するための図である。
【図１１】従来の漏洩モードを抑えて高い周波数まで主モードを損伝搬させる方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１　第１の基板
２　第１の誘電体
３　マイクロ波線路信号線
４　マイクロ波線路表面グランド
５　第１の基板における貫通穴側面金属配線
６　ビアホール
７　第１の基板の貫通穴側面金属配線
８　第２の基板
９　第２の誘電体
１０　第２の基板の裏面グランド
１１　第２の基板における貫通穴側面金属配線
１２　高抵抗層または、高誘電体損失層
１３　第２のマイクロ波線路表面グランド

Claims

一部に貫通穴が設けられた基板と、
前記貫通穴の側壁に敷かれた第１の配線金属と、
前記貫通穴に充填された誘電体と、
前記誘電体上に配置されたマイクロ波線路の信号線と、
前記第１の配線金属に接続されているマイクロ波線路のグランドと、
前記マイクロ波線路のグランドに敷かれた第２の配線金属と、
前記基板の裏面の少なくとも前記誘電体に敷かれ、前記第１の配線金属に接続されている第３の配線金属と、を有することを特徴とするマイクロ波伝送線路。
一部に貫通穴が設けられた基板Ａと、
前記貫通穴の側壁に敷かれた第１の配線金属と、
前記貫通穴に充填された誘電体Ａと、
前記誘電体Ａ上に配置されたマイクロ波線路の信号線と、
前記第１の配線金属に接続されているマイクロ波線路のグランドと、
前記マイクロ波線路のグランドに敷かれた第２の配線金属と、
前記基板の裏面の少なくとも前記誘電体Ａに敷かれ、前記第１の配線金属に接続されている第３の配線金属と、を有する第１の基板と、
一部に貫通穴が設けられた基板Ｂと、
前記貫通穴の側壁に敷かれた第４の配線金属と、
前記貫通穴に充填された誘電体Ｂと、
前記基板裏面の少なくとも前記誘電体Ｂ下に敷かれ、前記第１の配線金属と接続されている第５の配線金属と、を有する第２の基板と、を有し、
前記第１の基板と前記第２の基板が突き合わされ、前記第２の配線金属と前記第４の配線金属が接続されることを特徴とするマイクロ波伝送線路。
一部に貫通穴が設けられた基板と、
前記貫通穴の側壁に敷かれた第１の配線金属と、
前記貫通穴に充填された誘電体と、
前記誘電体上に配置されたマイクロ波線路の信号線と、
前記第１の配線金属にビアを介して接続される第２の配線金属からなるマイクロ線路のグランドと、を有することを特徴とするマイクロ波伝送線路。
一部に貫通穴が設けられた基板Ａと、
前記貫通穴の側壁に敷かれた第１の配線金属と、
前記貫通穴に充填された誘電体Ａと、
前記誘電体Ａ上に配置されたマイクロ波線路の信号線と、
前記第１の配線金属に接続されているマイクロ波線路のグランドと、
前記マイクロ波線路のグランドに敷かれた第２の配線金属と、
前記基板の裏面の少なくとも前記誘電体Ａに敷かれ、前記第１の配線金属に接続されている第３の配線金属と、を有する第１の基板と、
一部に貫通穴が設けられた基板Ｂと、
前記貫通穴の側壁に敷かれた第４の配線金属と、
前記貫通穴に充填された誘電体Ｂと、
前記基板裏面の少なくとも前記誘電体Ｂ下に敷かれ、前記第１の配線金属と接続されている第５の配線金属と、を有する第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板の間に配置され、側面で接続される誘電体でなる基板と、
前記第１の基板、前記第２の基板及び前記誘電体でなる基板のそれぞれの接続面を接続する第６の配線金属と、
前記誘電体でなる基板上に配置されるマイクロ波線路の信号線と、
前記第６の配線金属に接続され、第７の配線金属からなるマイクロ線路のグランドと、
少なくとも前記誘電体でなる基板下に敷かれ、前記第６の配線金属に接続される第８の配線金属と、を有することを特徴とするマイクロ波伝送線路。
前記基板が、
Ｓｉ，Ｇｅ，ＧａＡｓ，ＩｎＰ，ＳｉＣ，ＧａＮ，または、ＧａＳｂ、または、それらの化合物でなる請求項１乃至４のいずれか１項記載のマイクロ波伝送線路。
前記基板が、
セラミック、ガラスセラミックス、または、テフロン（登録商標）でなる請求項１乃至４のいずれか１項記載のマイクロ波伝送線路。
前記基板の裏面、表面または、両面の全部または、一部に、高抵抗層または、高誘電体損層を有し、
前記高抵抗層または、前記高誘電体損層が、結晶成長、イオン注入、拡散などを用いたドーピングまたは不純物の混合によって形成される請求項５または、６記載のマイクロ波伝送線路。
前記基板が、
ＦＲ４，ＢＴレジン、ガラスエポキシ、ポリイミドガラスなどの有機系樹脂でなる請求項１乃至４のいずれか１項記載のマイクロ波伝送線路。
前記基板が、
Ａｌ，Ｃｕ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｎｉ，ステンレス鋼、エナメル鋼、コバール、及びそれらの混合物などからなる金属鋼板でなる請求項１乃至４のいずれか１項記載のマイクロ波伝送線路。
前記誘電体、前記誘電体Ａ，前記誘電体Ｂが、
ポリイミド，ＢＣＢ（Ｂｅｎｚｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ），シリコーン、液晶ポリマ、フッ素樹脂などの有機系材料からなる請求項１乃至４のいずれか１項記載のマイクロ波伝送線路。
前記誘電体、前記誘電体Ａ，前記誘電体Ｂが、
シリコン酸化物、シリコン窒化物、ガラスセラミックスなどの無機系材料からなる請求項１乃至４のいずれか１項記載のマイクロ波伝送線路。