JP2008280464A - 高誘電率樹脂基板およびそれを用いたマイクロ波用フィルター - Google Patents

Abstract

【課題】衝撃に強くしかも高誘電率の樹脂基板を提供する。
【解決手段】バンドパスフィルター１０に組み込まれている第１樹脂基板１２または第２樹脂基板２０は、偏平な非磁性金属粉末ＧがＰＰＳ樹脂中に混入されることにより構成されている結果、高い複素比誘電率( 実部）ε’が得られるので、チタン酸バリウム等のセラミックスで構成されていた従来の場合に比較して、バンドパスフィルター１０が安価となるとともに、割れ難くなって振動や衝撃に強くなり、用途が拡大される。また、バンドパスフィルター１０とは別の電子部品にも適用されることができ、この場合も同様に、電子部品が安価となるとともに、割れ難くなって振動や衝撃に強くなり、用途が拡大される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＵＷＢ（ウルトラワイドバンド：超広帯域）を用いた通信や他の通信などで知られるマイクロ波の帯域のバンドパスフィルター等に好適に用いられる高誘電率樹脂基板およびその高誘電率樹脂基板を用いたマイクロ波用フィルターに関するものである。

たとえば、上記ＵＷＢを用いた通信は、中心周波数の２０％または５００ＭＨｚ以上の帯域を利用した通信方式であり、数百ＭＨｚ乃至数ＧＨｚの極めて広い帯域を使用する。その出力は、パソコンのノイズレベルよりも低いことから、既に利用されている周波数と共用可能であるだけでなく、高速通信が可能、測位、測距に応用、搬送波を用いないため回路がインパルス方式等で構成され得るために簡単となるという種々の特徴がある。このため、近い将来において種々の分野で利用の拡大が予想される。

上記ＵＷＢはフルバンドで３．１乃至１０．６ＧＨｚの周波数帯を利用しているが、そのＵＷＢに限らず、従来の通信分野でも、数百ＭＨｚ乃至十数ＧＨｚの周波数帯が使用されている。例えば、携帯電話機では８００ＭＨｚ帯または１．５ＧＨｚ帯が、ＰＨＳでは１．９ＧＨｚ帯が、光速道路のＥＴＣ装置では５．８ＧＨｚ帯が、無線ＬＡＮでは２．４ＧＨｚ帯または５．２ＧＨｚ帯が、ＤＲＳＣ（峡帯域通信）では５．２ＧＨｚ帯が、それぞれ用いられている。

ところで、一般に、アンテナに受信された上記周波数帯の信号から目的とする周波数帯の信号を弁別し、高調波やノイズを遮断するために、バンドパスフィルターが用いられる。たとえば、特許文献１に記載されたバンドパスフィルターがそれである。
特開２００７−８２０１９号公報

ところで、上記特許文献１に記載されたバンドパスフィルターでは、入力ラインを構成する導体のストリップと出力ラインを構成する導体のストリップとが基板の両面において所定部位重なるように配置されることにより構成される。そして、このようなバンドパスフィルターには小型化が求められることから、その基板には、チタン酸バリウム等の高い複素比誘電率を有するセラミックスが用いられている。

しかしながら、上記セラミックス製の基板を用いる場合には、高価となるとともに、割れやすく、振動や衝撃に弱いので、用途が限定されるという不都合があった。これに対し、高い複素比誘電率を得るために樹脂に磁性粉末を混入することも考えられるが、誘電と磁気の損失が大きくなり、信号の伝送性が低下するという不都合が発生する。このような不都合は、バンドパスフィルターに限らず、マイクロ波を伝送する線路に用いられる樹脂基板についても同様である。

本発明は以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、衝撃に強く、損失が小さい高誘電率樹脂基板、およびそれを用いたマイクロ波用フィルターを提供することにある。

本発明者は以上の事情を背景として種々研究を重ねた結果、マイクロ波の伝送路を構成する樹脂基板或いはマイクロ波帯に用いられるバンドパスフィルターを構成する樹脂基板に偏平な非磁性金属粉末を混入させると、マイクロ波の波長帯域においてその樹脂の誘電の損失係数 tanδ（＝ε”／ε’、但しε’およびε”は複素比誘電率の実部および虚部である。）が小さく、しかも高い比誘電率ε’を有する基板が得られることを見出した。本発明はこのような知見に基づいて為されたものである。

すなわち、請求項１に係る発明の要旨とするところは、偏平な非磁性金属粉末が混入された絶縁性の樹脂層から成ることを特徴とする高誘電率樹脂基板にある。

また、請求項２に係る発明の高誘電率樹脂基板では、請求項１の発明において、前記偏平な非磁性金属粉末は、前記樹脂層内においてその厚み方向における寸法よりもその樹脂層の面方向の寸法が大きくなる状態で混在するものであることを特徴とする。

また、請求項３に係る発明の高誘電率樹脂基板では、請求項１または２の発明において、前記偏平な非磁性金属粉末と前記絶縁性の樹脂とが混合された成形材料から射出成形によって成形されたものであることを特徴とする。

また、請求項４に係る発明の高誘電率樹脂基板では、請求項１乃至３のいずれかの発明において、前記偏平な非磁性金属粉末は、７よりも小さいタップ密度を有することを特徴とする。

また、請求項５に係る発明の高誘電率樹脂基板では、請求項１乃至４のいずれかの発明において、前記偏平な非磁性金属粉末は、１７乃至６０μｍの平均粒径Ｄ５０を有することを特徴とする。

また、請求項６に係る発明の高誘電率樹脂基板では、請求項１乃至５のいずれかの発明において、前記偏平な非磁性金属粉末は、前記樹脂層において２０乃至４０容積％の体積充填率で混入させられていることを特徴とする。

また、請求項７に係る発明の高誘電率樹脂基板では、請求項１乃至６のいずれかの発明において、前記偏平な非磁性金属粉末は、ＳＵＳ材から構成されていることを特徴とする。

また、請求項８に係る発明のマイクロ波用フィルターは、(a) 請求項１乃至７のいずれかの高誘電率樹脂基板と、(b) その高誘電率樹脂基板の表面に固着された所定パターンの導体層と、(c) その導体パターンから前記高誘電率樹脂基板を挟んで所定距離を隔てて設けられた接地導体層とを、含むことを特徴とする。

また、請求項９に係る発明のマイクロ波用フィルターは、請求項８の発明において、(a) 前記高誘電率樹脂基板の一面に固着された電波吸収層と、(b) その高誘電率樹脂基板の他面に固着された第２の基板とを、含み、(c) 前記所定パターンの導体層は、複数個の導体パターンから構成され、(d) その複数個の導体パターンの一部は、前記高誘電率樹脂基板の一面において長手状に連ねられることにより第１信号ラインを構成し、(e) その複数個の導体パターンの他部は、前記高誘電率樹脂基板の一面において長手状に設けられた導体パターンと前記高誘電率樹脂基板を挟んで少なくとも一部が重なるように、その高誘電率樹脂基板の他方の面において長手状に設けられることにより第２信号ラインを構成し、(f) 前記接地導体層は、前記第２の基板の前記高誘電率樹脂基板とは反対側の面に固着されていることを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、高誘電率樹脂基板樹脂が偏平な非磁性金属粉末が混入された絶縁性の樹脂層から成ることから、チタン酸バリウム等のセラミックスと同等の高い比誘電率が得られるとともに、十分に低い誘電体損失が得られる。また、絶縁性の樹脂層に混入された偏平な金属粉末は非磁性であるから、樹脂層内で発生する磁気の損失がなく、マイクロ波の伝送路或いはフィルターを構成した場合に、そのマイクロ波の伝送損失が低く維持される。したがって、従来はチタン酸バリウム等のセラミックスで構成されていた電子部品に適用されることにより、その電子部品が安価となるとともに、割れ難くなって振動や衝撃に強くなり、用途が拡大される。

また、請求項２に係る発明の高誘電率樹脂基板によれば、前記偏平な非磁性金属粉末は、前記樹脂層内においてその厚み方向における寸法よりもその樹脂層の面方向の寸法が大きくなる状態で混在するものであることから、偏平な非磁性金属粉末は樹脂層の厚み方向において相互に重なり、偏平な非磁性金属粉末の相互間で僅かな厚みの樹脂を挟むコンデンサと同様の効果が発生し、樹脂層全体として高誘電率が得られる。

また、請求項３に係る発明の高誘電率樹脂基板によれば、前記偏平な非磁性金属粉末と前記絶縁性の樹脂とが混合された成形材料から射出成形によって成形されたものであることから、射出される樹脂層中において偏平な非磁性金属粉末の方向が樹脂層の面方向と平行となるように配向されるので、樹脂層全体として高誘電率が得られる。

また、請求項４に係る発明の高誘電率樹脂基板によれば、前記偏平な非磁性金属粉末は、７よりも小さいタップ密度を有することから、偏平な非磁性金属粉末Ｇの相互間で僅かな厚みの樹脂を挟むコンデンサと同様の効果が発生し、樹脂層全体として高誘電率が得られる。

また、請求項５に係る発明の高誘電率樹脂基板によれば、前記偏平な非磁性金属粉末は、１７乃至６０μｍの平均粒径Ｄ５０を有することから、誘電の損失係数 tanδ（＝複素比誘電率の虚部ε”／複素比誘電率の実部ε’) が低く且つ高い比誘電率( 複素比誘電率の実部）ε’が得られる。平均粒径Ｄ５０が１７μｍを下回ると、誘電の損失係数 tanδがはさらに低くなるが、粒子が偏在して複素比誘電率が不均一となり易くなるとともに比誘電率ε’が十分に得られなくなる。反対に、平均粒径Ｄ５０が６０μｍを上回ると、比誘電率ε’はさらに高くなる傾向となるが、射出成形材料の流動性が不安定となって製造が困難となる。

また、請求項６に係る発明の高誘電率樹脂基板によれば、前記偏平な非磁性金属粉末は、前記樹脂層において２０乃至４０容積％の体積充填率( 割合) で混入させられていることから、誘電の損失係数 tanδが低く且つ高い比誘電率ε’が得られる。体積充填率が２０容積％を下回ると、誘電の損失係数 tanδはさらに低くなるが、比誘電率ε’が十分に得られなくなる。反対に、充填率が４０容積％を上回ると、比誘電率ε’はさらに高くなる傾向となるが、射出成形材料の流動性が不安定となって製造が困難となる。

また、請求項７に係る発明の高誘電率樹脂基板では、前記偏平な非磁性金属粉末は、化学的に安定したＳＵＳ材から構成されていることから、電気的性質の変化のない安定した樹脂基板が得られる。

また、請求項８に係る発明のマイクロ波用フィルターによれば、(a) 請求項１乃至７のいずれかの高誘電率樹脂基板と、(b) その高誘電率樹脂基板の表面に固着された所定パターンの導体層と、(c) その導体パターンから前記高誘電率樹脂基板を挟んで所定距離を隔てて設けられた接地導体層とを、含むことから、セラミックス基板を用いた場合と同様の特性を有する小型のフィルター、たとえばＧＨｚ帯のローパスフィルター、ハイパスフィルター、バンドパスフィルターが得られる。

また、請求項９に係る発明のマイクロ波用フィルターによれば、(a) 前記高誘電率樹脂基板の一面に固着された電波吸収層と、(b) その高誘電率樹脂基板の他面に固着された第２の基板とを、含み、(c) 前記所定パターンの導体層は、複数個の導体パターンから構成され、(d) その複数個の導体パターンの一部は、前記高誘電率樹脂基板の一面において長手状に連ねられることにより第１信号ラインを構成し、(e) その複数個の導体パターンの他部は、前記高誘電率樹脂基板の一面において長手状に設けられた導体パターンと前記高誘電率樹脂基板を挟んで少なくとも一部が重なるように、その高誘電率樹脂基板の他方の面において長手状に設けられることにより第２信号ラインを構成し、(f) 前記接地導体層は、前記第２の基板の前記高誘電率樹脂基板とは反対側の面に固着されていることから、セラミックス基板を用いた場合と同様の特性を有する小型のバンドパスフィルター、たとえばＧＨｚ帯の超広帯域通信において所望の周波数帯域の信号を通過させることができる小型のバンドパスフィルターが得られる。

ここで、好適には、前記非磁性金属粉末は、ＵＷＢの周波数帯や他の通信で用いらえるマイクロ波の帯域、たとえば１〜１００ＧＨｚで用いられたときに発生する磁気の損失が問題とならないほど小さな値である磁気的性質を有する金属粉末という意味であり、仮に磁化されたとしても上記損失が極めて小さいものであれば磁性体であっても差し支えない。一般には、所謂強磁性体を除く金属粉末であって、導電性に優れた金、銀、アルミ、銅、それらの合金、珪素鋼、ＳＵＳ材（ステンレス鋼材) 等の非磁性金属、それらの表面にメッキを施した金属粉末が好適に用いられる。

また、好適には、前記樹脂層は、半田の溶融温度に十分に耐える耐熱性とを有する点でポリフェニールサルファイド（ＰＰＳ）樹脂が好適に用いられるが、それだけでなく、用途に応じた一定の強度、絶縁性、半田の溶融温度に耐える耐熱性などを満足する絶縁性の樹脂であればよく、たとえばＰＥＴ樹脂、エポキシ樹脂、ナイロン樹脂、ポリカーボネート樹脂、フェノール樹脂なども用いられるし、繊維が混入された繊維強化樹脂であってもよい。

上記偏平な非磁性金属粉末とは、絶縁性の樹脂内に混入させられたときに球形の非磁性金属粉末と比較して誘電率を高くする効果を発生させる程度の偏平度を持った粉末であり、たとえば、粒子の長径( 最大径) をＤ、粒子の厚みをｔとしたときのアクペクト比Ｄ／ｔの平均値が２．５以上である。

以下、本発明の一実施例の高誘電率樹脂基板を備えたバンドパスフィルター１０を図面を用いて詳細に説明する。

図１は、ＧＨｚ帯の超広帯域通信において所望の周波数帯域の信号を通過させることができる小型のバンドパスフィルター１０の縦断面を示している。図２および図３は、第１樹脂基板１２の一面１４および他面１６を示している。図４は第１樹脂基板１２の斜視図を示している。

図１に示すように、バンドパスフィルター１０は、全体として長方形を成し、高誘電率樹脂基板である第１樹脂基板１２と、その第１樹脂基板１２の一面１４および他面１６においてそれぞれ固着された、ライン状に連ねられた複数個の長手状導体パターンＭから成る第１信号ラインＬ１および第２信号ラインＬ２と、第１樹脂基板１２の一面１４に固着された電波吸収層１８と、第１樹脂基板１２の他面１６に固着された第２樹脂基板２０と、第２樹脂基板２０の第１樹脂基板１２とは反対側の面に固着された接地導体層２２とを備え、接地導体層２２は、第１信号ラインＬ１との間には第１樹脂基板１２および第２樹脂基板２０を挟んで、第２信号ラインＬ２との間には第２樹脂基板２０を挟んで一定の距離を隔てて位置している。上記バンドパスフィルター１０は、たとえば、２１．６ｍｍ程度の長さ寸法と３ｍｍ程度の幅寸法と１ｍｍ程度の厚み寸法とを有するものである。

上記電波吸収層１８は、たとえば、３乃至５容積％程度のＦｅ−１３Ｃｒ合金等の軟磁性粉末が塩素化ポリエチレン、合成ゴム等の有機結合剤により結合されることにより０．２ｍｍ程度の厚みに構成されたものであって、予めシート状に成形されて接着されたり或いはスクリーン印刷等により層状に塗布されたり、射出成形により固着されるものであり、外来ノイズの入射を遮断したり或いは伝送信号の放射を遮断したりするためのものである。上記接地導体層２２は、フィルターとして使用されるときは接地電位に接続されるものであり、たとえば、ニッケル、金、アルミニウム、銅、燐青銅等の金属薄板や導体ペーストの塗布により構成されている。

また、上記長手状導体パターンＭは、導電性を有する層であり、所定パターンの金属薄板が転写等により固着されたり、或いは導体ペーストがスクリーン印刷等により所定パターンの層状に塗布されることにより構成される。図２および図４に示すように、第１信号ラインＬ１は、第１樹脂基板１２の一面１４の中心線に沿って０．１２ｍｍ程度の幅寸法と２．９ｍｍまたは５．０ｍｍ程度の長さ寸法とを有する５個の長手状導体パターンＭが０．２ｍｍ程度の相互間隔を隔てて直線状に連ねられたものである。また、第２信号ラインＬ２は、図３および図４に示すように、第１樹脂基板１２の第２樹脂基板２０側の他面１６の中心線に沿って０．１２ｍｍ程度の幅寸法と５．０ｍｍ程度の長さ寸法とを有する４個の長手状導体パターンＭが０．２ｍｍ程度の相互間隔を隔てて直線状に連ねられたものである。上記第１信号ラインＬ１を構成する長手状導体パターンＭと第２信号ラインＬ２を構成する長手状導体パターンＭとは、第１樹脂基板１２を挟んで重ねられ、且つ長手方向において所定のずれ量Ｋだけずらされた状態で、相互に容量結合されている。

また、上記第１樹脂基板１２および第２樹脂基板２０は、たとえば、ＳＵＳ３１６に代表されるステンレス鋼製の偏平な非磁性金属粉体がポリフェニールサルファイド（ＰＰＳ）樹脂中に混合された成形材料が金型内に形成された板状の成形キャビティ内に射出されることにより成形された高誘電率を有する基板である。第１樹脂基板１２は、たとえば３０容積％程度のＳＵＳ３１６の偏平な粉体がポリフェニールサルファイド（ＰＰＳ）樹脂中に混合された成形材料が金型内に形成された板状の成形キャビティ内に射出されることにより０．４ｍｍ程度の厚みｄ１に成形されたものであり、４２程度の比誘電率( 複素比誘電率の実部）ε’と、０．０３程度の誘電の損失係数 tanδとを備えている。第２樹脂基板２０は、たとえば２５容積％程度のＳＵＳ３１６の偏平な粉体がポリフェニールサルファイド（ＰＰＳ）樹脂中に混合された成形材料が金型内に形成された板状の成形キャビティ内に射出されることにより０．３ｍｍ程度の厚みｄ２に成形されたものであり、２０程度の比誘電率ε’と、０．０１５程度の誘電の損失係数 tanδとを備えている。

本発明者による実験によれば、上記のように構成されたバンドパスフィルター１０により、図５の実線に示すような帯域特性が得られた。この特性は、上記第１樹脂基板１２および第２樹脂基板２０がチタン酸バリウムからなるセラミックスから構成された従来のバンドパスフィルター( １点鎖線に示す）と同等の帯域特性を示している。図５は、よく知られたネットワークアナライザ( たとえばヒューレットパッカード株式会社製のＨＰ８５１０Ｃ）を用いて測定された特性であり、１．２ＧＨｚ程度の通過帯域幅Ｗを示している。このバンドパスフィルター１０では、第１樹脂基板１２の厚みｄ１を増加させるほど、通過帯域幅Ｗ（ＧＨｚ）が小さくなり、且つ、挿入損失( ｄＢ）が小さくなる。また、第２樹脂基板２０の厚みｄ２を増加させるほど、遮断域の減衰量( ｄＢ）が増加する。また、第１樹脂基板１２と第２樹脂基板２０の比誘電率ε’を大きくするほど、通過帯域幅Ｗが小さくなり、且つ挿入損失( ｄＢ）が小さくなる。また、第１樹脂基板１２と第２樹脂基板２０の比誘電率ε’を相互に同じとすると、挿入損失の低減には有効であるが、通過帯域幅Ｗ内にノッチが発生しやすくなり、第２樹脂基板２０の比誘電率ε’を第１樹脂基板１２の比誘電率ε’よりも小さくするとその傾向が回避される。また、第１信号ラインＬ１および第２信号ラインＬ２の重なり量Ｋ、幅寸法Ｈを変更することにより、上記通過帯域幅Ｗ内に発生するノッチが回避される。したがって、上記第１樹脂基板１２の厚みｄ１、第２樹脂基板２０の厚みｄ２、第１樹脂基板１２と第２樹脂基板２０の比誘電率ε’、第１信号ラインＬ１および第２信号ラインＬ２の重なり量Ｋ、幅寸法Ｈのうちの少なくとも１つを用いることにより、最適な特性を設定することが可能となる。

図６乃至図９を用いて、上記バンドパスフィルター１０の製造方法を説明する。図６は第１樹脂基板１２および第２樹脂基板２０の製造工程を示し、図９はそれら第１樹脂基板１２および第２樹脂基板２０を用いたバンドパスフィルター１０の製造方法を示している。

図６において、金属粉末製造工程Ｐ１では、ガスアトマイザ、水アトマイザなどを用いたよく知られたアトマイズ法を用いて、ＳＵＳ３１６の溶湯から平均粒径Ｄ５０が１０μｍ程度の金属粉が生成される。次いで、偏平化処理工程Ｐ２では、１８ｋｇのＳＵＳボールを収容したアトライターの容器内に１．８ｋｇの上記金属粉を投入し、そのアトライターを所定時間稼働させる。このアトライター処理時間が長くなるほど、平均粒径Ｄ５０が大きくなり、それに伴ってタップ密度ρt ( ＪＩＳＺ２５１２、タップ高さ：３ｍｍ、タップ回数：２５０、単位：g/cm^３）が小さくなる。偏平化が進行するほどタップ後の体積が大きくなることから、上記タップ密度ρt は偏平度を反映している。実測では、アトライター処理時間が１５時間経過すると、平均粒径Ｄ５０が４６μｍとなり、タップ密度ρt が1 . 2 となる。１０時間経過すると、平均粒径Ｄ５０が３３μｍとなり、タップ密度ρt が３. ５となる。５時間経過すると、平均粒径Ｄ５０が２４μｍとなり、タップ密度ρt が３．９となる。

次に、混練工程Ｐ３では、２０乃至４０容積％程度のＳＵＳ３１６の偏平な粉体がポリフェニールサルファイド（ＰＰＳ）樹脂中に投入され且つ混合機により混合されることにより、射出成形材料が作成される。第１樹脂基板１２用の射出成形材料では、たとえば３０容積％程度のＳＵＳ３１６の偏平な粉体がポリフェニールサルファイド（ＰＰＳ）樹脂中に混合され、第２樹脂基板２０用の射出成形材料では、たとえば２５容積％程度のＳＵＳ３１６の偏平な粉体がポリフェニールサルファイド（ＰＰＳ）樹脂中に混合される。そして、射出成形工程Ｐ４では、所定の射出成形機において、射出成形金型内に上記射出成形材料が射出されることによりＰＰＳ樹脂が硬化され、板状の第１樹脂基板１２および第２樹脂基板２０が成形される。

図７は上記射出成形工程Ｐ４で用いられる射出成形金型の一例を示している。図７において、射出成形用の第１金型３０と第２金型３２との合わせ面において、射出成形金型の一方である第２金型３２には、第１樹脂基板１２および第２樹脂基板２０の外形と同様の成形キャビティ３４と、その成形キャビティ３４内へ射出成形材料Ｚを射出するためにその成形キャビティ３４の一端に設けられたゲート３６と、その成形キャビティ３４内から溢れ出る射出成形材料Ｚを収容する収容室３８が設けられている。この第１金型３０と第２金型３２とを用いた射出成形機において、射出成形材料Ｚがゲート３６を通して成形キャビティ３４内へ射出されると、射出成形材料Ｚは比較的厚みが薄く狭い空間である成形キャビティ３４内を他端に向かって長手方向に流れ、他端に到達すると、成形キャビティ３４内が射出成形材料Ｚにより充填されるとともに、その成形キャビティ３４内から溢れ出た射出成形材料Ｚが収容室３８に収容される。このような射出成形時において成形キャビティ３４内を射出成形材料Ｚが流される過程で、図８に示すように、その射出成形材料Ｚに含まれる偏平な非磁性金属粉末Ｇはその長径Ｄの方向を流れ方向に向けた状態で流されるので、硬化後すなわち成形後において、板状の第１樹脂基板１２および第２樹脂基板２０を構成するＰＰＳ樹脂内では、偏平な非磁性金属粉末Ｇはその厚み方向における寸法よりもその樹脂層の面方向の寸法が大きくなる状態で混在することになり、偏平な非磁性金属粉末Ｇの長径Ｄの方向が厚み方向に略直交し、面方向に略平行な姿勢で並列させられる。上記収容室３８の存在により、成形キャビティ３４内において射出成形材料Ｚの流れの乱れが少なくされ、全体的に層流状態とされるので、一層、偏平な非磁性金属粉末Ｇはその長径Ｄの方向が厚み方向に略直交し、面方向に略平行な姿勢で並列させられる。

図９において、信号ライン形成工程Ｐ５では、板状の第１樹脂基板１２の一面１４および他面１６において、塗布された感光性レジストに露光現像処理が施されることによって、第１信号ラインＬ１を構成する長手状導体パターンＭと第２信号ラインＬ２を構成する長手状導体パターンＭとに対応するそのレジストの一部が除去され、マスクが形成される。次いで無電解メッキ或いはスパッタ等によって金、ニッケル、銅、アルミニウム等の金属メッキをマスクの上に全体に行った後にそのレジストが除去されて、第１信号ラインＬ１を構成する長手状導体パターンＭと第２信号ラインＬ２を構成する長手状導体パターンＭとが、第１樹脂基板１２の一面１４および他面１６に形成される。次いで、電波吸収層１８を射出成形するための射出成形金型の成形キャビティ内に、金属薄板から成る接地導体層２２、第２樹脂基板２０、および上記第１樹脂基板１２が順次積み重ねた状態で配置される。この状態の成形キャビティ内では、０．２ｍｍ厚みのクリアランスが積み重ねられた接地導体層２２、第２樹脂基板２０、および上記第１樹脂基板１２の周囲と第１樹脂基板１２の一面１４側に形成される。

続く射出成形工程Ｐ７では、たとえば平均粒径Ｄ５０が約９μｍのＦｅ−１３Ｃｒである軟磁性金属粉が３容積％程度混入されたＰＰＳ樹脂である射出成形材料が上記射出成形金型の成形キャビティ内に射出され、上記クリアランス内に充填されるとともに、硬化される。そして、製品取出工程Ｐ８において、射出成形金型内からバンドパスフィルター１０が取り出される。

次に、本発明者による実験によって得られた、偏平な非磁性金属粉末Ｇを含む第１樹脂基板１２について、ＰＰＳ樹脂に対する充填率( 容積率) を変化させたときの、複素比誘電率ε’および誘電の損失係数 tanδの変化特性、偏平な非磁性金属粉末Ｇの平均粒径Ｄ５０を変化させたときの、複素比誘電率ε’および誘電の損失係数 tanδの変化特性、偏平な非磁性金属粉末Ｇのタップ密度ρt を変化させたときの複素比誘電率ε’の変化特性を、それぞれ説明する。以下の実験では、図６に示す工程により製造された、５８．１ｍｍ×２９．１ｍｍ×１ｍｍの形状の試験片が用いられた。また、複素比誘電率( 実部）ε’および誘電の損失係数 tanδは、導波管に介挿された試料に対して４ＧＨｚ帯の電波を入射させたときの反射係数Ｓ_１１および透過係数Ｓ_２１を測定し、それら反射係数Ｓ_１１および透過係数Ｓ_２１からニコルソン−ロス法を用いて算出された。

[ 実験１]
試験片の組成
金属粉末の成分： ＳＵＳ３１６
金属粉末の磁性： 非磁性
体積充填率 ： ２０容積％、３０容積％、４０容積％
金属粉末製造法： ガス水アトマイズ法
金属粉末の形状： 偏平状
平均粒径Ｄ５０： ４６μｍ
樹脂 ： ＰＰＳ樹脂

図１０および図１１は、偏平な非磁性金属粉末Ｇの体積充填率が２０容積％、３０容積％、４０容積％である複数種類の各試験片の複素比誘電率( 実部）ε’および誘電の損失係数 tanδを、それぞれ測定した結果を示している。図１０および図１１に示されるように、偏平な非磁性金属粉末Ｇの体積充填率が増加するほど、複素比誘電率( 実部）ε’および誘電の損失係数 tanδが増加する特性があり、偏平な非磁性金属粉末Ｇの体積充填率は２０乃至４０容積％の範囲内が望ましい。体積充填率が２０容積％を下回ると、誘電の損失係数 tanδはさらに低くなるけれども、比誘電率ε’が十分に得られなくなる。反対に、充填率が４０容積％を上回ると、比誘電率ε’はさらに高くなる傾向となるが、射出成形材料の流動性が不安定となって製造が困難となる。

[ 実験２]
試験片の組成
金属粉末の成分： ＳＵＳ３１６
金属粉末の磁性： 非磁性
体積充填率 ： ４０容積％
金属粉末製造法： ガス水アトマイズ法
金属粉末の形状： 偏平状
平均粒径Ｄ５０： １０μｍ、２４μｍ、３３μｍ、４６μｍ
樹脂 ： ＰＰＳ樹脂

図１２および図１３は、偏平な非磁性金属粉末Ｇの平均粒径Ｄ５０が１０μｍ、２４μｍ、３３μｍ、４６μｍである複数種類の各試験片の複素比誘電率( 実部）ε’および誘電の損失係数 tanδを、それぞれ測定した結果を示している。図１２および図１３に示されるように、偏平な非磁性金属粉末Ｇの平均粒径Ｄ５０が増加するほど、複素比誘電率( 実部）ε’および誘電の損失係数 tanδが増加する特性があり、偏平な非磁性金属粉末Ｇの平均粒径Ｄ５０は１７乃至６０μｍの範囲内が望ましい。平均粒径Ｄ５０が１７μｍを下回ると、誘電の損失係数 tanδがはさらに低くなるけれども、偏平な非磁性金属粉末Ｇが偏在して複素比誘電率が不均一となり易くなるとともに比誘電率ε’が２０を下回って十分に得られなくなる。反対に、平均粒径Ｄ５０が５０μｍをこえると tanδが０．０５近くなり、さらに平均粒径Ｄ５０が６０μｍを上回ると、比誘電率ε’はさらに高くなるけれども、射出成形材料の流動性が不安定となって製造が困難となる。

[ 実験３]
試験片の組成
金属粉末の成分： ＳＵＳ３１６
金属粉末の磁性： 非磁性
体積充填率 ： ４０容積％
金属粉末製造法： ガス水アトマイズ法
金属粉末の形状： 偏平状
平均粒径Ｄ５０： １０μｍ、２４μｍ、３３μｍ、４６μｍ
タップ密度ρt ： ７．７g/cm^３、３．９g/cm^３、３．５g/cm^３、１．２g/cm^３
樹脂 ： ＰＰＳ樹脂

図１４は、偏平な非磁性金属粉末Ｇのタップ密度ρt が７．７g/cm^３( Ｄ５０＝１０μｍ) 、３．９g/cm^３( Ｄ５０＝２４μｍ) 、３．５g/cm^３( Ｄ５０＝３３μｍ) 、１．２g/cm^３( Ｄ５０＝４６μｍ) 、である複数種類の各試験片の複素比誘電率( 実部）ε’を、それぞれ測定した結果を示している。図１４に示されるように、タップ密度ρt が減少するほどすなわち平均粒径Ｄ５０増加するほど複素比誘電率( 実部）ε’が増加する特性があり、タップ密度ρt は１．２乃至７g/cm^３の範囲内であることが望ましい。タップ密度ρt が７g/cm^３を上まわると、比誘電率ε’が２０を下回って十分に得られなくなるとともに、誘電の損失係数 tanδが０．０４を超えて高くなり損失が大きくなる。

上述のように、本実施例のバンドパスフィルター１０に組み込まれている第１樹脂基板１２または第２樹脂基板２０によれば、偏平な非磁性金属粉末ＧがＰＰＳ樹脂中に混入されている結果、高い複素比誘電率( 実部）ε’が得られるので、誘電体基板がチタン酸バリウム等のセラミックスで構成されていた従来の場合に比較して、バンドパスフィルター１０が安価となるとともに、割れ難くなって振動や衝撃に強くなり、用途が拡大される。また、バンドパスフィルター１０と別の電子部品にも適用されることができ、この場合も同様に、その電子部品が安価となるとともに、割れ難くなって振動や衝撃に強くなり、用途が拡大される。

また、本実施例のバンドパスフィルター１０に組み込まれている第１樹脂基板１２または第２樹脂基板２０によれば、偏平な非磁性金属粉末Ｇは、図８に示されるように、ＰＰＳ樹脂内においてその厚み方向における寸法よりもその樹脂層の面方向の寸法が大きくなる状態で混在するものであることから、偏平な非磁性金属粉末Ｇは第１樹脂基板１２または第２樹脂基板２０を構成する樹脂層の厚み方向において相互に重なり、偏平な非磁性金属粉末Ｇの相互間で僅かな厚みの樹脂を挟むコンデンサと同様の効果が発生し、樹脂層全体として高誘電率が得られる。

また、本実施例のバンドパスフィルター１０に組み込まれている第１樹脂基板１２または第２樹脂基板２０によれば、偏平な非磁性金属粉末Ｇと絶縁性のＰＰＳ樹脂とが混合された成形材料から射出成形によって成形されたものであることから、図８に示されるように、射出される樹脂層中において偏平な非磁性金属粉末Ｇの方向が樹脂層の面方向と平行となるように配向されるので、樹脂層全体として高誘電率が得られる。

また、本実施例のバンドパスフィルター１０に組み込まれている第１樹脂基板１２または第２樹脂基板２０によれば、偏平な非磁性金属粉末Ｇのタップ密度ρt は７よりも小さいことから、偏平な非磁性金属粉末Ｇの相互間で僅かな厚みの樹脂を挟むコンデンサと同様の効果が発生し、樹脂層全体として高誘電率が得られる。

また、本実施例のバンドパスフィルター１０に組み込まれている第１樹脂基板１２または第２樹脂基板２０によれば、偏平な非磁性金属粉末Ｇは、１７乃至６０μｍの平均粒径Ｄ５０を有することから、誘電の損失係数 tanδ（＝複素比誘電率の虚部ε”／複素比誘電率の実部ε’) が低く且つ高い比誘電率( 複素比誘電率の実部）ε’が得られる。

また、本実施例のバンドパスフィルター１０に組み込まれている第１樹脂基板１２または第２樹脂基板２０によれば、偏平な非磁性金属粉末Ｇは、第１樹脂基板１２または第２樹脂基板２０を構成するＰＰＳ樹脂層において２０乃至４０容積％の体積充填率( 割合) で混入させられていることから、誘電の損失係数 tanδが低く且つ高い比誘電率ε’が得られる。

また、本実施例のバンドパスフィルター１０に組み込まれている第１樹脂基板１２または第２樹脂基板２０によれば、偏平な非磁性金属粉末Ｇは、化学的に安定したＳＵＳ材から構成されていることから、電気的性質の変化のない安定した高い比誘電率を備えた樹脂基板が得られる。

また、本実施例のバンドパスフィルター１０によれば、(a) 高誘電率を備えた第１樹脂基板１２と、(b) その第１樹脂基板１２の表面に固着された所定パターンの導体層( 導体パターンＭ）と、(c) その導体パターンＭから第１樹脂基板１２を挟んで所定距離を隔てて設けられた接地導体層２２とを、含むことから、セラミックス基板を用いた場合と同様の特性を有する小型のバンドパスフィルターが得られる。

また、本実施例のバンドパスフィルター１０によれば、(a) 第１樹脂基板１２の一面１４に固着された電波吸収層１８と、(b) その第１樹脂基板１２の他面１６に固着された第２樹脂基板２０とを、含み、(c) 所定パターンの導体層は、複数個の導体パターンＭから構成され、(d) その導体パターンＭの他部は、第１樹脂基板１２の一面１４において長手状に連ねられることにより第１信号ラインＬ１を構成し、(e) その導体パターンＭの他部は、第１樹脂基板１２の一面１４において長手状に設けられた導体パターンＭとその第１樹脂基板１２を挟んで少なくとも一部が重なるように、その第１樹脂基板１２の他方の面１６において長手状に設けられることにより第２信号ラインＬ２を構成し、(f) 接地導体層２２は、第２樹脂基板２０の第１樹脂基板１２側とは反対側の面に固着されていることから、高誘電率セラミックス基板を用いた場合と同様の特性を有する小型のバンドパスフィルター、たとえばＧＨｚ帯の超広帯域通信において所望の周波数帯域の信号を通過させることができる小型のバンドパスフィルターが得られる。

以上、本発明の一実施例を図面に基づいて説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。

たとえば、前述の実施例において、偏平な非磁性金属粉末ＧがＰＰＳ樹脂中に混入されることにより高誘電率樹脂基板として構成された第１樹脂基板１２および／または第２樹脂基板２０は、バンドパスフィルター１０に組み込まれることにより利用されていたが、バンドパスフィルター１０のみならず、ローカットフィルター、ハイカットフィルター、マイクロストリップ線路、マイクロ波用アンテナ等の他の電子部品に利用されてもよい。

また、前述の実施例において、バンドパスフィルター１０を構成する第１樹脂基板１２および第２樹脂基板２０は共に偏平な非磁性金属粉末Ｇが混入されることにより高誘電率とされた樹脂基板であったが、いずれか一方が高誘電率セラミックスから構成されたものであってもよい。

なお、上述したのはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。

本発明の一実施例のバンドパスフィルターの構成を説明する縦断面図である。 図１の実施例のバンドパスフィルターに用いられた第１樹脂基板の上面を示す平面図である。 図１の実施例のバンドパスフィルターに用いられた第１樹脂基板の下面を示す裏面図である。 図１の実施例のバンドパスフィルターに用いられた第１樹脂基板の構成を説明する斜視図である。 図１の実施例のバンドパスフィルターの透過特性を示す図である。 図１の実施例のバンドパスフィルターに用いられた第１樹脂基板および第２樹脂基板の製造工程を説明する工程図である。 図６の第１樹脂基板および第２樹脂基板の製造工程内の射出成形に用いられる金型を説明する要部断面図である。 図７の金型内において射出される射出成形材料の流れによって整列させられる偏平な非磁性金属粉末の状態を説明する拡大図である。 図１の実施例のバンドパスフィルターの製造工程を説明する工程図である。 図１の実施例のバンドパスフィルターに用いられた第１樹脂基板および第２樹脂基板の電気的性質を示すグラフであって、偏平な非磁性金属粉の母材樹脂に対する体積充填率と複素比誘電率ε’との関係を示す図である。 図１の実施例のバンドパスフィルターに用いられた第１樹脂基板および第２樹脂基板の電気的性質を示すグラフであって、偏平な非磁性金属粉の母材樹脂に対する体積充填率と誘電の損失係数 tanδとの関係を示す図である。 図１の実施例のバンドパスフィルターに用いられた第１樹脂基板および第２樹脂基板の電気的性質を示すグラフであって、偏平な非磁性金属粉の平均粒径Ｄ５０と複素比誘電率ε’との関係を示す図である。 図１の実施例のバンドパスフィルターに用いられた第１樹脂基板および第２樹脂基板の電気的性質を示すグラフであって、偏平な非磁性金属粉の平均粒径Ｄ５０と誘電の損失係数 tanδとの関係を示す図である。 図１の実施例のバンドパスフィルターに用いられた第１樹脂基板および第２樹脂基板の電気的性質を示すグラフであって、偏平な非磁性金属粉のタップ密度ρt と複素比誘電率ε’との関係を示す図である。

符号の説明

１０：バンドパスフィルター
１２：第１樹脂基板( 高誘電率樹脂基板）
１８：電波吸収層
２０：第２樹脂基板( 高誘電率樹脂基板、第２の基板）
２２：接地導体層
Ｇ：偏平な非磁性金属粉
Ｍ：導体パターン
Ｌ１：第１信号ライン
Ｌ２：第２信号ライン

Claims (9)

1. 偏平な非磁性金属粉末が混入された絶縁性の樹脂層から成ることを特徴とする高誘電率樹脂基板。
2. 前記偏平な非磁性金属粉末は、前記樹脂層内においてその厚み方向における寸法よりも該樹脂層の面方向の寸法が大きくなる状態で混在するものであることを特徴とする請求項１の高誘電率樹脂基板。
3. 前記偏平な非磁性金属粉末と前記絶縁性の樹脂とが混合された成形材料から射出成形によって成形されたものであることを特徴とする請求項１または２の高誘電率樹脂基板。
4. 前記偏平な非磁性金属粉末は、７よりも小さいタップ密度を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの高誘電率樹脂基板。
5. 前記偏平な非磁性金属粉末は、１７乃至６０μｍの平均粒径Ｄ５０を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかの高誘電率樹脂基板。
6. 前記偏平な非磁性金属粉末は、前記樹脂層において２０乃至４０容積％の割合で混入させられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかの高誘電率樹脂基板。
7. 前記偏平な非磁性金属粉末は、ＳＵＳ材から構成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかの高誘電率樹脂基板。
8. 請求項１乃至７のいずれかの高誘電率樹脂基板と、
   前記高誘電率樹脂基板の表面に固着された所定パターンの導体層と、
   該導体パターンから前記高誘電率樹脂基板を挟んで所定距離を隔てて設けられた接地導体層と
   を、含むことを特徴とするマイクロ波用フィルター。
9. 前記高誘電率樹脂基板の一面に固着された電波吸収層と、
   該高誘電率樹脂基板の他面に固着された第２の基板とを、含み、
   前記所定パターンの導体層は、複数個の導体パターンから構成され、
   該複数個の導体パターンの一部は、前記高誘電率樹脂基板の一面において長手状に連ねられることにより第１信号ラインを構成し、
   前記複数個の導体パターンの他部は、前記高誘電率樹脂基板の一面において長手状に設けられた導体パターンと前記高誘電率樹脂基板を挟んで少なくとも一部が重なるように、該高誘電率樹脂基板の他方の面において長手状に設けられることにより第２信号ラインを構成し、
   前記接地導体層は、前記第２の基板の前記高誘電率樹脂基板とは反対側の面に固着されていることを特徴とする請求項８のマイクロ波用フィルター。

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