JP2012209655A

JP2012209655A - 多層導波管、及びその製造方法

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Publication number: JP2012209655A
Application number: JP2011072094A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Uchiumi; 茂内海; Yukihiro Tawara; 志浩田原; Satoshi Yamaguchi; 山口　　聡; Yoshiaki Isobe; 善朗礒部
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-03-29
Filing date: 2011-03-29
Publication date: 2012-10-25
Anticipated expiration: 2031-03-29
Also published as: JP5409682B2

Abstract

【課題】複数の導波管が重ね合わされ、各導波管の内部が誘電体で充填された構成において、高集積化及び軽量化を図ることができるとともに、信頼性を向上させることができる多層導波管、及びその製造方法を提供する。
【解決手段】基礎導波管形成部１０１と積層導波管形成部１０２とは、絶縁性の第１の接着剤５０により互いに接着されている。基礎導波管形成部１０１は、互いに間隔をおいて対向配置された板状の第１及び第２の主導体１ａ，１ｂと、それらの間に充填された第１の誘電体２とを有している。積層導波管形成部１０２は、第３の主導体２１と、第３の主導体層２１の主面に層状に形成された第２の誘電体２２とを有している。第２の誘電体２２の主面における第２の貫通導体２３ａの接着剤５０に接する側には、第２の誘電体２２の主面から突出するように、ランド２４が設けられている。
【選択図】図１

Description

この発明は、マイクロ波帯やミリ波帯等の高周波信号を伝達するための誘電体で充填された導波管（導波管線路）に関し、特に、複数の誘電体で充填された導波管が積層されてなる、高密度・軽量誘電体で充填された多層導波管、及びその製造方法に関する。

従来の誘電体で充填された導波管では、例えば特許文献１に示すように、二層以上の導体層を有する誘電体基板に、互いに隣り合う導体層同士を結ぶ複数の貫通孔を２列設けて、この各列の貫通孔同士の間の間隔を遮断波長よりも小さな間隔としている。また、この列同士の間の間隔を所定の導波管幅としている。これらは、プリント配線板製造技術を用いて製造され、実装性や、量産性に優れた導波管が得られる。

さらに、小型化・高集積化のために、上下に導波管を配置することも考えられている。例えば、導波管の分岐を目的とした特許文献２に示すように、一対の主導体層と側壁用の貫通導体群とからなる２つの導波管の主導体層に結合用穴をそれぞれ形成し、それらを重ね合わせることにより、誘電体で充填された導波管線路を電磁的に結合して接続している。具体的な製造方法としては、グリーンシートに空けた貫通孔に金属ペーストを埋め込み、また、主導体層を印刷し、重ね合わせて焼成することにより形成された多層ガラスセラミック基板を紹介している。

一般的な多層ガラスセラミック基板では、各誘電体層に予め金属ペーストによるビアホールが設けてられているため、隣接する任意の層間のみ電気的に接続することができる。また、ビアホール全てを金属ペーストで充填するため、フィルドビア構造と呼ばれ、ビアの上にビアを重ねるスタックビアが容易に実現でき、導波管の側壁用の貫通導体群の長さ寸法を任意に設定できる。これにより、不必要な部分にビアホールや、スルーホールを形成する必要がないため、高周波回路の信号を伝送する導波管を多層に形成することが容易である。

より安価な樹脂系の多層プリント配線板においても、スタックビアを形成する方法がある。例えば、特許文献３に示すように、導電性ペーストにより導体バンプ群を導電層となる支持基体上に形成し、それ自体の剛性により接着性誘電層を貫挿させ、さらに他の導電層となる支持基体に先端の塑性変形により接続する方法がある。

また、特許文献４に示すように、主導体層に側壁用金属を、めっきとリソグラフィ法によるエッチングとにより形成し、その主導体層と側壁用金属とを樹脂で埋めた後、樹脂を研削し、側壁用金属の上部を露出させた後に、対となる主導体層を形成する方法もある。

特開平６−５３７１１号公報特開２０００−７７９１２号公報特開平８−７８８４５号公報特開２００１−３２６４３３号公報

ここで、誘電体で充填された導波管の誘電体として、樹脂を用いると、ガラスセラミックと比較して、比較的低温で製造することが可能であり、また、靭性が高く比較的大きなサイズで製造できるため、量産性に富む。しかしながら、誘電率が比較的低いため、導波管の断面サイズは大きくなる。

また、導波管用の誘電体は、誘電損失の低さと誘電率の安定性とが求められるが、それらを満足するプリント配線板に使用される樹脂系の誘電体の誘電率は、ガラスセラミックの誘電率と比較して非常に小さく、２から５程度である。この結果、波長短縮効果があまり得られず、マイクロ波、ミリ波領域における誘電体で充填された導波管内部の長辺方向の長さ寸法ａは、例えばＴＥ１０モード伝送を考えると、遮断周波数と、高次モードの発生の抑制を考慮し、使用周波数をｆ、光速をｃ、誘電率をεｒとすると、ａ≒０．６ｃ・(εｒ)^-0.5／ｆ程度を選択する。例えば、εr＝３の場合、ｆ＝１０ＧＨｚで約１０ｍｍであり、１００ＧＨｚで約１ｍｍであり、一般的に、ｆ＝１０〜１００ＧＨｚの場合、数ｍｍ必要である。

これに対して、短辺方向の長さ寸法ｂは、特性インピーダンスや、高次モードの発生に影響し、長辺長／短辺長は、通常、２から４とされる。この結果、樹脂系誘電体で充填された導波管における貫通導体の長さ寸法は、１つの導波管当り、上記の１００ＧＨｚの場合には、０．２５ｍｍ以上、一般的には数百マイクロメートルが必要となる。

ここで、特許文献２に示すような従来技術のように、グリーンシートに空けた貫通孔に金属ペーストを埋め込み、重ね合わせて焼成する場合、上述のような長さ寸法の貫通導体を誘電体に形成すると、厚み寸法と穴径とのアスペクト比が１を超す場合には、ボイドなく導電性ペーストを埋められないといった問題がある。また、穴径を大きくして、ボイドなく埋められたとしても、誘電体が積層時に流動してしまい、ビアホールが変形してしまう。この結果、ビアホールの側壁に無視できないぐらいの凹凸が形成されてしまうといった問題がある。

さらに、ビアの上にビアを重ねるスタックビアにより、所定の長さ寸法の貫通導体を形成することはできるが、工程が煩雑であるといった問題に加え、各誘電体層の伸縮により、重ね合わせたビアにずれが生じてしまう。この結果、導波管の貫通導体が主導体に対して垂直方向に形成されず、損失の大きい導波管となってしまう。なお、グリーンシートの代わりに樹脂シートを用いた場合でも同様の問題が生じる。

また、特許文献３に示すような従来技術のように、導体バンプ群で貫通導体を形成する場合には、バンプの剛性により所定の厚みの接着性誘電層を貫挿させ、さらに他の導電層となる支持基体に先端の塑性変形により接続するためには、剛性確保のため錐形としつつ、大口径とする必要があり、同様の問題がある。

さらに、特許文献４に示すような従来技術のように、リソグラフィ法によるエッチングにより貫通導体を形成しても、樹脂の研削等の工程が煩雑であり、基板の反りも懸念され、さらには、エッチングの深さ方向の進行量に対し、横方向のエッチング、即ちサイドエッチングの進行量は無視できず、特許文献３に示す従来技術のように、錐形としつつ、大口径とする必要があり、同様の問題がある。

一方、予め配線を形成した特許文献１に示すような基板を貼り合わせ、基板全体を貫通する孔（スルーホール）を形成し、その内側にめっきなどの手法で導体層を形成すると、アスペクト比が高く、ずれのない貫通導体を形成することができる。しかしながら、隣接する導体層間のみの接続が困難である。また、特許文献２に示すように、結合する部分のみ２つの導波管が重なり、かつ重なった部分の貫通導体が同じ位置で共有できる場合には、問題がないが、結合する部分以外での重ね合わせの自由度は低く、十分な小型化、高集積化を図ることができない。さらに、１つの導波管に対して、必ず２つの主導体層を有するため、金属層を余分に形成する必要があり、軽量化を図ることができない。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、複数の導波管が重ね合わされ、各導波管の内部が誘電体で充填された構成において、高集積化及び軽量化を図ることができるとともに、信頼性を向上させることができる多層導波管、及びその製造方法を得ることを目的とする。

ここで、本願発明者は、上記の問題点に対して、検討を重ねた結果、従来の誘電体で充填された導波管やプリント配線板のように、主導体と貫通導体とが物理的に接触している必要はなく、誘電体で充填された導波管の主導体層と貫通導体との間に誘電体が形成されていても、主導体層と貫通導体との間に、一定以上の容量性リアクタンスがあれば、誘電体で充填された導波管として、信号損失が特段増加することがないことを見出した。

この発明に係る多層導波管は、互いに対向配置された第１及び第２の主導体層と、前記第１及び第２の主導体層間に設けられた第１の誘電体とを有し、前記第１及び第２の主導体層を結ぶように前記第１の誘電体に複数の第１の貫通孔が２列以上設けられ、積層の基礎となる基礎導波管を形成する基礎導波管形成部と、第３の主導体層と、前記第３の主導体層の一方の主面に設けられた第２の誘電体とを有し、前記第２の誘電体における前記第３の主導体層の反対側の主面と前記第３の主導体層とを結ぶように前記第２の誘電体に複数の第２の貫通孔が２列以上設けられ、前記基礎導波管に積層されて前記基礎導波管とは異なる積層導波管を形成する積層導波管形成部とを備え、前記複数の第１の貫通孔のうち同一の列に属し、かつ互いに隣り合う第１の貫通孔同士の間隔は、遮断波長の１／２以下とされ、前記複数の第２の貫通孔のうち同一の列に属し、かつ互いに隣り合う第２の貫通孔同士の間隔は、遮断波長の１／２以下とされ、前記複数の第１の貫通孔の互いに隣り合う列同士の間隔は、所定の導波管幅とされ、前記複数の第２の貫通孔の互いに隣り合う列同士の間隔は、所定の導波管幅とされ、前記複数の第１の貫通孔には、外壁面が一つの面からなる複数の第１の貫通導体が形成され、前記複数の第２の貫通孔には、外壁面が一つの面からなる複数の第２の貫通導体が形成され、前記積層導波管形成部における前記第２の誘電体の前記第３の主導体層の反対側の主面には、その主面から前記第３の主導体層の反対側へ突出するように配置され、かつ前記複数の第２の貫通導体の端部と繋がる複数のランドが設けられ、前記積層導波管形成部における前記第２の誘電体の前記第３の主導体層の反対側の主面と、前記基礎導波管形成部における第２の主導体層とは、絶縁性の接着剤によって、互いに接着され、前記複数のランドは、前記基礎導波管形成部における前記第２の主導体層との間で間隔を空けて前記接着剤に埋められ、前記複数のランドのうちの１つのランドと、前記第２の主導体層との間の信号周波数における容量性リアクタンスが３０Ω以下である。

この発明に係る多層導波管の製造方法は、互いに対向配置された第１及び第２の主導体層と、前記第１及び第２の主導体層間に設けられた第１の誘電体とを有し、前記第１及び第２の主導体層を結ぶように前記第１の誘電体に複数の第１の貫通孔が２列以上設けられ、積層の基礎となる基礎導波管を形成する基礎導波管形成部と、第３の主導体層と、前記第３の主導体層の一方の主面に設けられた第２の誘電体とを有し、前記第２の誘電体における前記第３の主導体層の反対側の主面から前記第３の主導体層の反対側へ突出するように配置された複数のランドと、前記複数のランド及び前記第３の主導体層を結ぶように配置された複数の第２の貫通孔とが前記第２の誘電体に２列以上設けられ、前記基礎導波管に積層されて前記基礎導波管とは異なる積層導波管を形成する積層導波管形成部とを備える多層導波管の製造方法であって、前記基礎導波管形成部の前記第２の主導体層における前記第１の主導体層の反対側の主面と、前記積層導波管形成部の前記第２の誘電体における前記第３の主導体層の反対側の主面とを、接着時に流動性をもつ接着剤を介して圧着する工程を含む。

この発明の多層導波管、及びその製造方法によれば、積層導波管形成部には、主導体層が片面だけに形成されており、第２の誘電体の主面から突出するランドが、圧着時にランド近傍の接着剤を押し除けて、他の主導体層に近接して配置される。この結果、誘電体で充填された導波管の主導体層と貫通導体との間には、大きな直流抵抗があるものの、使用周波数帯域において、ランドと主導体とは電磁的に結合され、信号損失が特段増加することがない。これにより、基礎導波管の貫通導体を、それに積層される積層導波管の位置によらずに形成することができ、設計の自由度が高まるとともに、１つの主導体層を、２つの導波管に利用できるため、高集積化及び軽量化を図ることができる。これとともに、基礎導波管と積層導波管との間が密着されることから、剥離が発生しにくく、信頼性を向上させることができる。

この発明の実施の形態１による多層導波管を示す斜視図である。この発明の実施の形態１による多層導波管の他の例を示す斜視図である。この発明の実施の形態１による多層導波管の他の例を示す斜視図である。図１の多層導波管の製造工程の一工程を示す斜視図である。

以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による多層導波管を示す斜視図である。
図１において、実施の形態１の多層導波管１００は、積層の基礎となる基礎導波管（第１の導波管）１０を形成する基礎導波管形成部１０１と、積層導波管（第２の導波管）２０を形成する積層導波管形成部（導波管構成要素）１０２とを有している。基礎導波管形成部１０１と積層導波管形成部１０２とは、絶縁性の第１の接着剤５０により互いに接着されている。

基礎導波管形成部１０１は、互いに間隔をおいて対向配置された板状の第１及び第２の主導体（主導体層）１ａ，１ｂと、それらの間に充填（挟持）された第１の誘電体２とを有している。また、基礎導波管形成部１０１には、第１及び第２の主導体層１ａ，１ｂを結び、かつ第１の誘電体２を貫通する第１の貫通孔（導通孔）３が２列以上設けられている（図では２列の場合を示す）。同一の列に属し互いに隣り合う第１の貫通孔３同士の間の間隔は、遮断波長の１／２以下とされ、２列の第１の貫通孔３の列の間隔が所定の導波管幅に設定されている。第１の貫通孔３の内部には、外壁面（側部外周面）が一つの面からなる第１の貫通導体３ａが形成されている。

積層導波管形成部１０２は、第３の主導体（主導体層）２１と、第３の主導体層２１の主面に層状に形成された第２の誘電体２２とを有している。また、積層導波管形成部１０２には、第２の誘電体２２を貫通する第２の貫通孔２３が２列以上設けられている（図では２列の場合を示す）。同一の列に属し互いに隣り合う第２の貫通孔２３同士の間の間隔は、遮断波長の１／２以下とされ、２列の第２の貫通孔２３の列の間隔が所定の導波管幅に設定されている。

第２の貫通孔２３の内部には、外壁面（側部外周面）が一つの面からなる第２の貫通導体２３ａが形成されている。第２の誘電体２２の主面における第２の貫通導体２３ａの接着剤５０に接する側（図１の下側）には、第２の誘電体２２の主面（図１の下面）から突出するように、ランド２４が設けられている。

ランド２４の主面の形状は、円形状である。また、ランド２４は、第２の主導体層１ｂと非接触状態で、絶縁性の接着剤５０に埋め込まれている。さらに、１つのランド２４と第２の主導体層１ｂとの間の信号周波数における容量性リアクタンスは、３０Ω以下となっている。

ここで、スタックビアのように、貫通孔を積層し、１つの導波管形成部の誘電体の厚み方向に貫通導体を形成する場合には、貫通導体の外壁面が複数の面となり、位置ずれや損失増加等の問題が発生する。これに対して、１つの貫通導体３ａ，２３ａを形成するにあたり、例えばレーザやドリルにより、各導波管形成部を構成する誘電体２，２２の厚み方向に貫通孔を形成し、その貫通孔をメタライズすれば、導波管形成部毎の貫通導体３ａ，２３ａの外壁面を一面とすることができ、位置ずれを抑制することができるとともに、安定した形状の貫通導体３ａ，２３ａを形成することができる。

また、開口された貫通孔の壁面のメタライズは、めっきにて行うことが、ランド２４の厚みの制御が容易であるため好ましい。特許文献２〜４に示す従来技術の場合とは異なり、いずれの方法で開口しても、１つの導波管の貫通導体３ａ，２３ａの位置ずれは発生しない。さらに、貫通導体３ａ，２３ａがテーパ状となりにくく、安定した導波管形状を確保できるため、特にドリルによる開口の形成加工がより好ましい。

また、図１に示すように、第２の貫通導体２３ａの内部空間に孔埋め材５１を充填したのち、孔埋め材５１の上下面をめっきにて導体で覆う蓋めっきを行い、ランド２４の主面方向の形状を円形状としてもよい。あるいは、図２に示すように、ランド２４の主面の形状をドーナツ状とし、第２の貫通導体２３ａの内部空間２３ｂを形成して、その内部空間２３ｂの一部もしくは全部に、接着剤５０からなる接着剤層５２が形成されていてもよい。

ここで、図１に示すような構成の場合には、同じランド径でも１つのランド２４の主面の面積が比較的大きくなり、第２の主導体層１ｂとの間での容量性リアクタンスをより小さくすることができる。

一方、図２に示すような構成の場合には、ランド２４の主面の形状は、ドーナツ状であり、第２の貫通導体２３ａの内部空間２３ｂの分だけランド２４の主面の面積が小さくなるが、余分な接着剤５０が、第２の貫通導体２３ａの内部空間２３ｂに流入するため、ランド２４と第２の主導体層１ｂの距離が安定し、第２の主導体層１ｂとの容量性リアクタンスをより安定化させることができる。この結果、多層導波管１００で高品質な信号伝送を行うことができる。ここで、第２の貫通導体２３ａの構造を、図１，２のいずれかの構造にするかは、容量性リアクタンスを鑑み適宜決定することができる。

なお、第２の主導体層１ｂに適当な大きさの開口部を形成することにより、基礎導波管１０及び積層導波管２０を結合させることができる。また、第３の主導体層２１に適当な大きさの開口部を形成することにより、アンテナとすることもできる。

ここで、図３に示すように、概略として積層導波管形成部１０２と同一構造（貫通孔３３及び貫通導体３３ａの位置が異なる）の積層導波管形成部１０３を、積層導波管形成部１０２の第３の主導体層２１に積層して、接着剤５３により接着してもよい。これにより、基礎導波管１０及び２つの積層導波管２０，３０を第１〜第３の導波管として有する３層の多層導波管１００が形成される。また、積層導波管形成部を任意の数準備することにより、任意の数の導波管を積層させた多層導波管を形成することができる。

次に、容量性リアクタンスの限定理由について説明する。１つのランド２４と第２の主導体層１ｂとの間の信号周波数における容量性リアクタンスＸｃは、信号周波数の角速度ω、及び１つのランド２４と第２の主導体層１ｂとの間の静電容量Ｃを用いて、以下のように定義される。

ランド２４と第２の主導体層１ｂとの電磁結合は、ランド２４の主面と第２の主導体層１ｂの主面との間の間隙αに集中しており、ランド２４の主面の面積、間隙αを充填する接着剤５０の誘電率、及び信号周波数によって、容量性リアクタンスが求められる。例えば、ランド径０．５ｍｍ、比誘電率３、１０ＧＨｚの信号周波数の場合、１つのランド２４と第２の主導体層１ｂとの間の信号周波数における容量性リアクタンスは、ほぼ３０Ωとなる。また、ランド径０．１６ｍｍ、比誘電率３、１００ＧＨｚの信号周波数の場合、１つのランド２４と第２の主導体層１ｂとの間の信号周波数における容量性リアクタンスが３０Ωとなる。

上記のように定義された１つのランド２４と第２の主導体層１ｂとの間の信号周波数における容量性リアクタンスＸｃが３０Ω以下の場合、２つの対向する主導体を貫通導体により完全に直流抵抗がほぼ０となるように接続された特許文献１記載のような基礎導波管と比較して、伝送損失は測定ばらつきの範囲内で同じであった。しかしながら、接着剤５０の厚みを増加させたり、積層導波管２０の２列の第２の貫通導体２３ａ間の外の第２の主導体層１ｂ上にスペーサを配置し、間隙αを空気とすることにより間隙αの誘電率を低下させたりすることにより、参考例として３０Ωを超えるリアクタンスとした場合、特許文献１記載のような導波管と比べて、伝送損失が５％以上大きくなった。これは、間隙αが導波管中に伝送される信号にとって無視できなくなり、電磁波漏洩を引き起こしたためであると考えられる。

次に、間隙αが形成されることによる構造上のメリットについて説明する。接着剤５０が充填された間隙αが形成されることにより、多層導波管１００の信頼性を向上させることができる。即ち、多層導波管１００に他の部品を実装する場合などに適用されるハンダ付け工程において、高温下に多層導波管１００が晒されるが、間隙αに接着剤５０が充填されているため、温度変化による応力を緩和できるとともに、吸湿した水分の濃縮を防止できる。この結果、基礎及び積層導波管１０，２０間での剥離の発生を抑えることができる。また、多層導波管１００の使用環境下で、ヒートサイクルが加わった場合の剥離の発生の抑えることができる。

次に、間隙αが形成されることによる製造上のメリットについて説明する。間隙αが形成されていると、接着時に流動可能な成分のみで接着剤５０を構成する必要がなく、適当な大きさの電気的絶縁性のフィラーを接着剤５０に添加し、接着剤５０の誘電率、熱膨張率、粘度特性の調整などを行うことができる。このため、接着剤５０の材料選択の幅が広がり、量産性の向上に寄与できる。

次に、好ましいランド２４の主面の形状について説明する。ランド２４の主面の形状は、特に限定しないが、円形状である方が、第２の貫通導体２３ａとの位置ずれのクリアランスを設定しやすく、また、接着時のランド２４付近の接着剤５０が均一に流動しやすいため、好ましい。従って、ランド２４の主面の形状を円形状とすることにより、ランド２４と第２の主導体１ｂとの間の容量性リアクタンスをより安定化させることができる。この結果、多層導波管１００で高品質な信号伝送を行うことができる。

ここで、ランド２４の主面の形状が大きすぎると、多層導波管１００の重量が重くなるだけでなく、厳密な矩形導波管とすることができないため、伝送損失の増大を招くとともに、接着時のランド２４付近の接着剤５０が均一に流動しにくくなり、ランド２４と第２の主導体層１ｂとの間の安定した電磁結合を得ることができない。

また、ランド２４の主面の形状が小さすぎると、容量性リアクタンスを十分大きくすることができないだけでなく、第２の貫通導体２３ａとの位置ずれのクリアランスをとることができず、ランド２４と第２の主導体層１ｂとの間の安定した電磁結合を得ることができない。

これらの制約を考慮すると、ランド２４の主面の形状は、外径が１．０ｍｍ以下の円形状であることが好ましく、さらには、一般的なプリント配線板製造技術で多層導波管１００を製造する場合のクリアランスを考慮すると、外径が０．１ｍｍ以上であることが好ましい。従って、ランド２４の外径を１．０ｍｍから０．１ｍｍまでとすることにより、伝送損失を抑制できるとともに、接着時のランド２４付近の接着剤が均一に流動しやすく、ランド２４と第２の主導体１ｂとの間の距離が安定し、ランド２４と第２の主導体１ｂとの間の容量性リアクタンスをより安定化させることができる。この結果、多層導波管１００で高品質な信号伝送を行うことができる。

次に、ランド２４の厚みは、適宜決定してよいが、厚すぎるとランド２４の主面の形状が大きすぎる場合と同様の懸念点が挙げられる。このため、ランド２４の厚みの上限値は、ランド２４の主面の形状や積層導波管２０の断面形状の大きさにより異なるため、一義的に決められない。

また、ランド２４の厚みが薄すぎると、容量性リアクタンスを確保するため接着剤５０の厚みを薄くする必要があるが、接着剤５０の厚みが、薄すぎると、接着前の第１及び第２の誘電体２，２２の反りや、第２の主導体層１ｂと第２の誘電体２２との熱膨張率の差から生じる応力を緩和できず、基礎及び積層導波管形成部１０１，１０２間で剥離が生じやすくなってしまう。従って、ランド２４の必要な厚みは、誘電体２や、第２の主導体層１ｂや、接着剤５０の厚さ、広さ、弾性率、熱膨張率、使用温度等によって異なるため、一義に決めることは困難である。

次に、第１及び第２の誘電体２，２２の材質について説明する。第１及び第２の誘電体２，２２の材質としては、貫通導体３ａ，２３ａを位置ずれなく形成できる樹脂系のものが好ましい。また、第１及び第２の誘電体２，２２の材質としては、伝送損失を抑制するため誘電損失が低いことが好ましい。さらに、第１及び第２の誘電体２，２２の材質としては、貫通導体３ａ，２３ａの電気伝導層形成を考慮するとめっきが可能であることが好ましい。

さらに、基礎及び積層導波管形成部１０１，１０２間で導波管の結合を行う場合には、基礎及び積層導波管形成部１０１，１０２間での位置ずれを抑制する必要があるので、第１及び第２の誘電体２，２２の材質としては、熱収縮の小さなものが好ましく、さらには、同じ素材であることが好ましい。また、接着剤５０にランド２４を埋める際に、第２の誘電体２２側にランド２４が埋設されないように、第２の誘電体２２の弾性率が接着剤５０の接着時の溶融状態の弾性率よりも十分に高い必要がある。

ここで、誘電率は、特に選択される必要はないが、実施の形態１の特性上、導波管厚さｂが厚くなっても、貫通導体３ａ，２３ａには位置ずれが起きないため、誘電率は適宜決定してよい。また、長距離の信号伝送時に特に顕著であるが、誘電体２，２２が低誘電率である場合には、伝送損失を低下させるので、第１及び第２の誘電体２，２２の材質としては、ガラスセラミックよりも誘電率の低い樹脂を主成分とする誘電体が好ましく、樹脂を主成分とした時の一般的な比誘電率である２．５〜５でよい。

また、第１及び第２の誘電体２，２２には、通常のプリント配線板で使用される基材を用いてもよく、特に誘電損失が低い、ポリテトラフルオロエチレンや、ポリエステル液晶ポリマーや、ポリエーテルエーテルケトンや、ポリフェニレンエーテルや、変性ポリフェニレンオキサイドや、ポリオレフィンや、エポキシ樹脂を主成分とした基材が挙げられ、それらに特性調整用のガラスクロスや、不織布や、粉体のフィラーや、難燃剤等を含めてもよい。

次に、接着剤５０の材質について説明する。接着剤５０の誘電損失は、導波管の伝送損失に影響を与えるため、低い方が望ましい。また、接着剤５０の誘電率は、容量性リアクタンスの制約により、適宜決定することができるが、第１及び第２の誘電体２，２２の誘電率に近い方が、電磁界の乱れを抑制し、伝送損失を抑制できるため好ましく、比誘電率が、２．５〜５であることが好ましい。

次に、実施の形態１の多層導波管１００の製造方法について説明する。図４は、図１の多層導波管１００の製造工程の一工程を示す斜視図である。実施の形態１の多層導波管１００の製造方法は、第１の主導体層１ａと、第２の主導体層１ｂと、それらで挟持された第１の誘電体２と、第１及び第２の主導体層１ａ，１ｂを結ぶ複数の第１の貫通孔３を２列以上設け、この各列の第１の貫通孔３の間隔を遮断波長の１／２以下とし、２列の第１の貫通孔３の列の間隔を所定の導波管幅とした基礎導波管形成部１０１を製造する第１の工程と、第２の誘電体２２の片側の主面に形成された第３の主導体層２１と、第２の誘電体２２の他方の主面に形成された複数の２列以上のランド２４と、第３の主導体層２１と各ランド２４とを結ぶ、複数の２列以上の第２の貫通孔２３とからなる、少なくとも１つの積層導波管形成部１０２を製造する第２の工程と、基礎導波管形成部１０１及び積層導波管形成部１０２の主面同士、又は一対の積層導波管形成部１０２の主面同士を、接着剤５０を介して圧着する第３の工程とを含む。

ここで、基礎及び積層導波管形成部１０１，１０２は、一般的な両面プリント配線板の製造技術を用いて製造することができる。この一例を挙げると、まず、板状の誘電体、もしくは誘電体が銅箔で挟持されてなる両面銅張板に、ドリル加工又はレーザ加工により、所定の位置に貫通孔を形成する。そして、必要に応じて銅箔の加工端面に付着したスミアを除去するため、及びめっきの付着性の向上のため、過マンガン酸水溶液処理や、プラズマ処理や、ナトリウム還元処理等を行った後、全面に銅のパネルめっきを行い、主導体や貫通導体を形成する。

その後、孔埋め樹脂を貫通孔に充填し、乾燥、研磨、硬化を行い、貫通孔を孔埋め樹脂で埋め、さらに全面に銅のパネルめっきを行い、貫通導体に蓋めっきを行う。さらに、表層の導体層をパターニングすることにより、形成できる。なお、図２のような多層導波管１００を形成する場合には、蓋めっきを省略してもよい。

以上のように、基礎及び積層導波管形成部１０１，１０２の製造方法を例示したが、本例以外の製造方法により基礎及び積層導波管形成部１０１，１０２を製造してもよい。また、ランド２４の厚みを制御するため、いずれかの工程の前に、ランド２４が形成される導体層をハーフエッチングしてもよい。

続いて、基礎導波管形成部１０１と積層導波管形成部１０２との間に接着剤５０を挿入し、圧着させる。この場合には、適宜、基礎導波管形成部１０１と積層導波管形成部１０２との位置ずれを最小とすべく、従来の多層プリント配線板の製造技術で用いられている手法を用いてもよく、例えば、それぞれの導波管形成部の製品外の決められた位置に、位置決め用の穴を開けておき、基礎導波管形成部１０１、接着剤５０、積層導波管形成部１０２を、その穴に金属製のピンを挿入しながら重ね合わせることにより、位置ずれを解消することができる。

また、接着剤５０の接着前の厚みは、容量性リアクタンスの制約により適宜決められる。ただし、第２の誘電体２２の主面（接着面）上に形成されている凸部はランド２４のみであり、第２の誘電体２２の主面の面積に対して、ランド２４の主面の面積は非常に小さいため、ランド２４の厚みよりも接着剤５０の接着前の厚みが薄いと、基礎導波管形成部１０１と積層導波管形成部１０２との間にボイドが発生することになるため、ランド２４の厚みよりも接着剤５０の接着前の厚みが厚いことが好ましい。

接着剤５０は、基礎導波管形成部１０１と積層導波管形成部１０２との間の接着時に、ランド２４を埋め込む必要があるので、接着時に流動性をもたせる必要がある。ただし、接着剤５０の粘度が高すぎると、基礎導波管形成部１０１と積層導波管形成部１０２との間に接着剤５０を充填するために、埋め込み時に基礎導波管形成部１０１と積層導波管形成部１０２とを高圧で積層する必要があり、接着後残留応力が発生しやすくなる。この結果、信頼性に影響するだけでなく、所定の容量性リアクタンスを面内で均一に得ることができない可能性がある。

一方、接着剤５０の溶融時の粘度が低すぎると、間隙αが形成されなくなり、信頼性に悪影響を及ぼす。これらの粘度は、接着時の接着剤５０の熱履歴中での粘度特性、特に最低溶融粘度が大きく関係している。具体的には、接着剤５０として熱硬化性の樹脂を用いた場合に、接着時の昇温速度及び最高到達温度を調整することにより、様々な接着時の最低溶融粘度を再現することができ、最低溶融粘度が少なくとも１０００〜１００００Ｐａ・ｓであれば問題がないことが確認された。

また、接着剤５０に電気的絶縁性の粉体のフィラーを添加することにより、間隙αの厚みを制御することが可能である。例えば、所定の外径（直径）をもつ球状のフィラーを適量接着剤に添加して分散させることによって、球状のフィラーがスペーサとなり、間隙αの厚みを球状のフィラーの外径と概同等とすることができる。即ち、接着時にランド２４に加わる圧力が、第２の誘電体２２の反りや厚みばらつき、ランド２４の厚みばらつきがあっても、これらが均一化される。この結果、間隙αの厚みが面内で均一化され、より安定した導波管断面形状を得ることができ、伝送損失を抑制することができる。

フィラーの形状は、均一なものであればよいが、特に球状であると、スペーサとして特に有用である。フィラーの形状が球状であれば、接着時にランド２４によって接着剤が押し出された場合にも、フィラーのみが押し出されたり、逆に、接着剤の樹脂成分のみが押し出されたりすることがなく、間隙αにフィラーが均一に残留しやすいため好ましい。

また、このような効果がある以上、フィラーの一辺の大きさあるいは直径は、容量性リアクタンスの制約を満足する間隙αの厚さよりも小さい必要がある。具体的には、樹脂を主成分とする誘電体の誘電率２．５〜５とそれに近い誘電率をもつ接着剤種を選択し、ランド２４の主面の外径を導波管内部の電磁界を乱さない程度の１ｍｍ程度とすると、フィラーにおける多層導波管１００の短辺方向の大きさは、２０μｍ以下であることが望ましい。

なお、圧着工程には、真空プレスや、大気圧プレスや、オートクレーブや、ラミネートを用いることができる。静水圧で圧力を加えられるオートクレーブや、ダイヤフラムを用いたラミネーターによるラミネートでは、特に誘電体２，２２の剛性が低い場合に、ランド２４近辺の接着剤５０の流動を抑制するので、誘電体２，２２の剛性を補助するような板材、例えば熱伝導性の高い金属板で、基礎導波管形成部１０１と積層導波管形成部１０２とを挟んだ状態で圧着することが好ましい。

また、図２に示すような蓋めっきを形成せず、積層導波管形成部１０２の第２の貫通導体２３ａに内部空間２３ｂが形成されている場合には、第２の貫通導体２３ａの内部にボイドが残らないように、真空プレス等を用いて真空状態で圧着することが好ましい。

ここで、図３に示すような３層以上の多層導波管１００を製造する場合には、基礎導波管形成部１０１と複数の積層導波管形成部１０２とを一度のプレスで圧着することができ、製造工程の簡略化を図ることができる。また、実施の形態１の製造方法を用いることにより、容易に多層導波管１００を製造することができ、量産性を向上させることができる。

１ａ第１の主導体層、１ｂ第２の主導体層、２第１の誘電体、３第１の貫通孔、３ａ第１の貫通導体、１０基礎導波管、２０，３０積層導波管、２１第３の主導体、２２第２の誘電体、２３第２の貫通孔、２３ａ第２の貫通導体、２３ｂ第２の貫通導体の内部空間、２４ランド、３３第３の貫通孔、３３ａ第３の貫通導体、５０接着剤、５１孔埋め材、５２接着剤層、５３接着剤、１００多層導波管、１０１基礎導波管形成部、１０２，１０３積層導波管形成部。

Claims

互いに対向配置された第１及び第２の主導体層と、前記第１及び第２の主導体層間に設けられた第１の誘電体とを有し、前記第１及び第２の主導体層を結ぶように前記第１の誘電体に複数の第１の貫通孔が２列以上設けられ、積層の基礎となる基礎導波管を形成する基礎導波管形成部と、
第３の主導体層と、前記第３の主導体層の一方の主面に設けられた第２の誘電体とを有し、前記第２の誘電体における前記第３の主導体層の反対側の主面と前記第３の主導体層とを結ぶように前記第２の誘電体に複数の第２の貫通孔が２列以上設けられ、前記基礎導波管に積層されて前記基礎導波管とは異なる積層導波管を形成する積層導波管形成部と
を備え、
前記複数の第１の貫通孔のうち同一の列に属し、かつ互いに隣り合う第１の貫通孔同士の間隔は、遮断波長の１／２以下とされ、
前記複数の第２の貫通孔のうち同一の列に属し、かつ互いに隣り合う第２の貫通孔同士の間隔は、遮断波長の１／２以下とされ、
前記複数の第１の貫通孔の互いに隣り合う列同士の間隔は、所定の導波管幅とされ、
前記複数の第２の貫通孔の互いに隣り合う列同士の間隔は、所定の導波管幅とされ、
前記複数の第１の貫通孔には、外壁面が一つの面からなる複数の第１の貫通導体が形成され、
前記複数の第２の貫通孔には、外壁面が一つの面からなる複数の第２の貫通導体が形成され、
前記積層導波管形成部における前記第２の誘電体の前記第３の主導体層の反対側の主面には、その主面から前記第３の主導体層の反対側へ突出するように配置され、かつ前記複数の第２の貫通導体の端部と繋がる複数のランドが設けられ、
前記積層導波管形成部における前記第２の誘電体の前記第３の主導体層の反対側の主面と、前記基礎導波管形成部における第２の主導体層とは、絶縁性の接着剤によって、互いに接着され、
前記複数のランドは、前記基礎導波管形成部における前記第２の主導体層との間で間隔を空けて前記接着剤に埋められ、
前記複数のランドのうちの１つのランドと、前記第２の主導体層との間の信号周波数における容量性リアクタンスが３０Ω以下である
ことを特徴とする多層導波管。
前記積層導波管形成部は、複数であり、
複数の前記積層導波管形成部は、相互に積層されて、それぞれ前記積層導波管を形成する
ことを特徴とする請求項１記載の多層導波管。
前記第１及び第２の貫通導体の少なくともいずれか一方には、内部空間が形成され、
前記内部空間の一部又は全部には、浸入した前記接着剤が硬化してなる接着剤層が形成されている
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の多層導波管。
前記接着剤には、一辺の長さあるいは直径が２０μｍ以下の電気的絶縁性のフィラーが添加されている
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれ１項に記載の多層導波管。
前記ランドの主面の形状が円形状である
ことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれ１項に記載の多層導波管。
ランドの主面の外径は、０．１ｍｍから１．０ｍｍである
ことを特徴とする請求項５記載の多層導波管。
互いに対向配置された第１及び第２の主導体層と、前記第１及び第２の主導体層間に設けられた第１の誘電体とを有し、前記第１及び第２の主導体層を結ぶように前記第１の誘電体に複数の第１の貫通孔が２列以上設けられ、積層の基礎となる基礎導波管を形成する基礎導波管形成部と、
第３の主導体層と、前記第３の主導体層の一方の主面に設けられた第２の誘電体とを有し、前記第２の誘電体における前記第３の主導体層の反対側の主面から前記第３の主導体層の反対側へ突出するように配置された複数のランドと、前記複数のランド及び前記第３の主導体層を結ぶように配置された複数の第２の貫通孔とが前記第２の誘電体に２列以上設けられ、前記基礎導波管に積層されて前記基礎導波管とは異なる積層導波管を形成する積層導波管形成部と
を備える多層導波管の製造方法であって、
前記基礎導波管形成部の前記第２の主導体層における前記第１の主導体層の反対側の主面と、前記積層導波管形成部の前記第２の誘電体における前記第３の主導体層の反対側の主面とを、接着時に流動性をもつ接着剤を介して圧着する工程
を含むことを特徴とする多層導波管の製造方法。
前記積層導波管形成部は、複数であり、
前記圧着する工程で、複数の前記積層導波管形成部のうち、いずれかの前記積層導波管形成部の前記第３の主導体層における前記第２の誘電体の反対側の主面と、他の前記積層導波管形成部の前記第２の誘電体における前記第３の主導体層の反対側の主面とを、接着時に流動性をもつ接着剤を介して圧着する
ことを特徴とする請求項７記載の多層導波管の製造方法。