JP2018191171A

JP2018191171A - 積層型導波装置

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Publication number: JP2018191171A
Application number: JP2017093055A
Authority: JP
Inventors: 雄介上道; Yusuke Uemichi
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2017-05-09
Filing date: 2017-05-09
Publication date: 2018-11-29
Anticipated expiration: 2037-05-09
Also published as: JP6349437B1

Abstract

【課題】伝送ビアホールを用いずとも、積層された２体の導波路構造の導波路を導体層の窓を介して結合できるようにする。【解決手段】積層型導波装置は、中途部が絞られ末端が短絡された第一導波路を有する第一導波路構造と、中途部が絞られ末端が短絡された第二導波路を有した第二導波路構造と、前記第一導波路構造の導体層のうち前記第一導波路の絞られた部分と短絡された部分の間の部位に形成された第一結合窓と、前記第二導波路構造の導体層のうち前記第二導波路の絞られた部分と短絡された部分の間の部位に形成されたに形成された第二結合窓と、前記第一導波路構造及び前記第二導波路構造の導体層同士を接合して、前記第一結合窓と前記第二結合窓を囲繞する導電性接合部と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、積層型導波装置に関する。

従来のポスト壁導波路構造は、プリント回路基板の製造技術を利用して低コストで製造される。そのポスト壁導波路構造の誘電体基板の両面に導体層が形成され、配列された多数の導電性ポスト（ビアホール）が誘電体基板を貫通するように形成され、これら導電性ポストによって両側の導体層が導通している。導電性ポストの列が擬似的な導体壁として機能し、導電性ポストの列及び導体層によって囲われた領域が導波路として機能する。

特許文献１には、導波路の端部が短絡された２体のポスト壁導波路構造がこれらの間に誘電体層を挟んでスタックされてなる積層型導波路構造が開示されている（特許文献１の図８及び図９参照）。上層側のポスト壁導波路構造の下部導体層には穴が形成され、下層側のポスト壁導波路構造の上部導体層にも穴が形成され、これらの穴が誘電体層を介して対向する。そして、導電性の伝送用ビアホールがこれら穴を貫通している。伝送用ビアヒールが上下のポスト壁導波路構造の導体層や導電性ポストに接触しておらず、電気的に浮動状態である。それゆえ、上層側のポスト壁導波路構造の導波路と下層側のポスト壁導波路構造の導波路とが電磁界的に結合される。

特許第３４６４１０４号公報

ところが、伝送用ビアホールを上下のポスト壁導波路構造の導体層に対して非接触にして、その伝送用ビアホールを導体層の穴に貫通させるように形成することは非常に難しい。また、そのような伝送ビアホールを形成するのを省略すると、上層側のポスト壁導波路構造の導波路と下層側のポスト壁導波路構造の導波路とを広帯域に電磁界的に結合することができない。

そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものである。本発明の目的は、伝送ビアホールを用いずとも、積層された２体の導波路構造の導波路を導体層の窓（穴）を介して結合できるようにすることである。

上記目的を達成するための主たる発明は、第一誘電体と、前記第一誘電体を挟んで互いに対向した第一導体層及び第二導体層と、前記第一誘電体を貫通するとともに前記第一導体層及び前記第二導体層に接続された複数の導体ポストからなるポスト列が互いに平行に配列された２列の第一ポスト列と、前記第一導体層、前記第二導体層及び前記第一ポスト列によって囲まれた第一導波路と、を有し、前記第一導波路の中途部がポスト列によって絞られ且つ前記第一導波路の末端が導体によって短絡された第一導波路構造と、第二誘電体と、前記第二誘電体を挟んで互いに対向した第三導体層及び第四導体層と、前記第二誘電体を貫通するとともに前記第三導体層及び前記第四導体層に接続された複数の導体ポストからなるポスト列が互いに平行に配列された２列の第二ポスト列と、前記第三導体層、前記第四導体層及び前記第二ポスト列によって囲まれた第二導波路と、を有し、前記第二導波路の中途部がポスト列によって絞られ且つ前記第二導波路の末端がポスト列によって短絡され、前記第三導体層が前記第二導体層に対向するよう前記第一導波路構造に積み重ねられた第二導波路構造と、前記第二導体層のうち前記第一導波路の絞られた部分と短絡された部分の間の部位に形成された第一結合窓と、前記第三導体層のうち前記第二導波路の絞られた部分と短絡された部分の間の部位に形成された第二結合窓と、前記第二導体層と前記第三導体層を接合して、前記第一結合窓と前記第二結合窓を囲繞する導電性接合部と、を備える積層型導波装置である。

本発明の他の特徴については、後述する明細書及び図面の記載により明らかにする。

本発明によれば、第一導波路構造の第一導波路を、第一結合窓、導電性接合部の内側及び第二結合窓を介して、第二導波路構造の第二導波路に電界的又は磁気的に結合することができる。

図１は、第一導波路構造と第二導波路構造を積層してなる積層型導波装置の斜視図である。図２は、積層型導波装置の分解斜視図である。図３は、第一導波路構造及び第二導波路構造の結合窓及びその周囲の断面図である。図４は、変形例に係る積層型導波装置の斜視図である。図５は、変形例に係る積層型導波装置の分解斜視図である。図６は、周波数ごとの伝送損失を示したグラフである。図７は、周波数ごとの伝送損失を示したグラフである。図８は、銅の微粒子を添加したはんだ接合部のＸ線写真である。図９は、銅の微粒子を添加していないはんだ接合部のＸ線写真である。図１０は、銅の微粒子を添加していないはんだ接合部のＸ線写真である。

後述する明細書及び図面の記載から、少なくとも以下の事項が明らかとなる。

第一誘電体と、前記第一誘電体を挟んで互いに対向した第一導体層及び第二導体層と、前記第一誘電体を貫通するとともに前記第一導体層及び前記第二導体層に接続された複数の導体ポストからなるポスト列が互いに平行に配列されてなる２列の第一ポスト列と、前記第一導体層、前記第二導体層及び前記第一ポスト列によって囲まれた第一導波路と、を有し、前記第一導波路の中途部がポスト列によって絞られ且つ前記第一導波路の末端がポスト列によって短絡された第一導波路構造と、第二誘電体と、前記第二誘電体を挟んで互いに対向した第三導体層及び第四導体層と、前記第二誘電体を貫通するとともに前記第三導体層及び前記第四導体層に接続された複数の導体ポストからなるポスト列が互いに平行に配列されてなる２列の第二ポスト列と、前記第三導体層、前記第四導体層及び前記第二ポスト列によって囲まれた第二導波路と、を有し、前記第二導波路の中途部がポスト列によって絞られ且つ前記第二導波路の末端がポスト列によって短絡され、前記第三導体層が前記第二導体層に対向するよう前記第一導波路構造に積層された第二導波路構造と、前記第二導体層のうち前記第一導波路の絞られた部分と短絡された部分の間の部位に形成された第一結合窓と、前記第三導体層のうち前記第二導波路の絞られた部分と短絡された部分の間の部位に形成された第二結合窓と、前記第二導体層と前記第三導体層を接合して、前記第一結合窓と前記第二結合窓を囲繞する導電性接合部と、を備える積層型導波装置が明らかとなる。
このような積層型導波装置であれば、第一導波路構造の第一導波路が、第一結合窓、導電性接合部の内側及び第二結合窓を介して、第二導波路構造の第二導波路に電界的又は磁気的に結合される。

前記導電性接合部が、はんだを有する。
これにより、第二導体層と第三導体層を容易に接合することができるとともに、導電性接合部による接合に要するコストが低い。

前記導電性接合部が、前記はんだを母材として前記はんだに分散した銅の微粒子を有する。
これにより、導電性接合部の形成時にはんだが第二導体層と第三導体層に濡れやすく、導電性接合部が良好に形成される。

前記銅の粒子の粒径が１５〜２５μｍである。

前記導波路構造が、前記第二導体層を被覆するとともに、前記第一結合窓内において前記第一誘電体を被覆する第一誘電体膜と、前記第三導体層を被覆するとともに、前記第二結合窓内において前記第二誘電体を被覆する第二誘電体膜と、を更に備え、前記第一誘電体膜には前記第一結合窓を囲繞するよう枠状の溝が形成され、その溝を通じて前記導電性接合部が前記第二導体層に接合され、前記第二誘電体膜には前記第二結合窓を囲繞するよう枠状の溝が形成され、その溝を通じて前記導電性接合部が前記第三導体層に接合されている。

前記第一導波路及び前記第二導波路の短絡された部分の反対側端部が入出力端子であり、前記第一導波路構造及び前記第二導波路構造は前記第一導波路の入出力端子と前記第二導波路の入出力端子が同一の向き又は反対の向きとなるように積層されている。

第一導波路の入出力端子と第二導波路の入出力端子が同一の向きであれば、第一導波路を伝播した電磁波が第二導波路において反対向きに伝播する。第一導波路の入出力端子と第二導波路の入出力端子が反対の向きであれば、第一導波路を伝播した電磁波が第二導波路において同一の向きに伝播する。

＝＝＝実施の形態＝＝＝
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されている。そのため、本発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。

図１は積層型導波装置１の斜視図であり、図２は積層型導波装置１の分解斜視図である。図１及び図２には、方向を表す補助線としてＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を図示する。これらＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸は互いに直交する。
積層型導波装置１は、ポスト壁型式の第一導波路構造１０と、ポスト壁型式の第二導波路構造４０と、第一導波路構造１０と第二導波路構造４０を接合する導電性接合部７０と、を備える。まず、導波路構造１０，４０について説明する。ここで、ポスト壁型式とは、柱状又は筒状の導体ポストの集合（列）が擬似的な導体壁を成す型式をいう。擬似的な導体壁については後に詳述する。

第一導波路構造１０は、第一誘電体基板１１、第一導体層１２、第二導体層１３、ポスト列２１〜２５、導波路３１及び誘導性窓３２を備える。ここで、ポスト列２１は複数の導体ポスト２１Ａの列である。ポスト列２２〜２５も同様である。ポスト列２１〜２５のピッチは何れも等しい。

第一誘電体基板１１は、石英ガラスからなる矩形状の平板である。第一誘電体基板１１の一方の面には第一導体層１２が形成され、第一誘電体基板１１の他方の面には第二導体層１３が形成されている。第一導体層１２と第二導体層１３は、これらの間に第一誘電体基板１１を挟んで互いに対向するとともに、互いに平行に設けられている。なお、図１及び図２において、第一誘電体基板１１の両面がＸ軸及びＹ軸に対して平行であり、第一誘電体基板１１の厚み方向がＺ軸に対して平行である。

第一誘電体基板１１の一方の面から他方の面に導体ポスト２１Ａ〜２５Ａが貫通しており、第一導体層１２と第二導体層１３がこれら導体ポスト２１Ａ〜２５Ａによって導通している。これら導体ポスト２１Ａ〜２５Ａはメタライズされたスルーホール又はビアホールである。

導体ポスト２１Ａは、等ピッチで直線状に配列されることによって、ポスト列２１を成している。
導体ポスト２２Ａはポスト列２１に対して平行な直線状に等ピッチで配列されることによって、ポスト列２２を成している。ここで、ポスト列２１，２２の列方向はＹ軸に対して平行であり、Ｙ軸の負方向を列前方とし、Ｙ軸の正方向を列後方とする。

導体ポスト２３Ａは、ポスト列２１の中途部からポスト列２２に向かって延伸するよう等ピッチで直線状に配列されることによって、ポスト列２３を成している。導体ポスト２４Ａは、ポスト列２２の中途部からポスト列２１に向かって延伸するよう等ピッチで直線状に配列されることによって、ポスト列２４を成している。ポスト列２３及びポスト列２４の列方向は、ポスト列２１及びポスト列２２の列方向に対して直交する。更に、ポスト列２３とポスト列２４は一直線状に揃っており、ポスト列２３とポスト列２４との間の間隔は、ポスト列２３，２４のピッチよりも広い。

Ｙ軸の正方向をポスト列２１，２２の列後方とした場合、導体ポスト２５Ａは、ポスト列２１の末尾とポスト列２２の末尾との間において、ポスト列２１，２２の直交方向に直線状に等ピッチで配列されている。これにより、導体ポスト２５Ａがポスト列２５を成している。

ポスト列２１は擬似的な導体壁として機能する。ポスト列２２も同様である。ポスト列２１，２２による擬似的な導体壁と導体層１２，１３によって囲まれた領域が、電磁波を伝搬する方形導波管型式の導波路３１を構成する。ここで、ポスト列２１とポスト列２２との間の間隔が導体ポスト２１Ａ，２２Ａの高さよりも長いので、ポストの列２１，２２による擬似的な導体壁が狭壁であり、導体層１２，１３が広壁である。

導波路３１の一端は開放されており、その一端が積層型導波装置１の入力端子又は出力端子となる。

導波路３１の他端は短絡されている。つまり、ポスト列２１の末尾とポスト列２２の末尾との間にポスト列２５が設けられ、ポスト列２５は擬似的な短絡壁として機能するので、導波路３１の他端がポスト列２５によって短絡されている。なお、導波路３１がポスト列２５によって短絡されているのではなく、導体層によって短絡されてもよい。つまり、ポスト列２１，２２が誘電体基板１１の側端面まで配列されており、その側端面に導体層が形成されることによって、導波路３１が短絡されていてもよい。

導波路３１がポスト列２３，２４の列によって絞られ、ポスト列２３，２４は擬似的なアイリス壁として機能し、ポスト列２３とポスト列２４との間の部分が誘導性窓３２として機能する。

第二導波路構造４０は、第二誘電体基板４１、第三導体層４２、第四導体層４３、ポスト列５１〜５５、導波路６１及び誘導性窓６２を備える。第二導波路構造４０と第一導波路構造１０が同一に構成され、第二導波路構造４０の第二誘電体基板４１、第三導体層４２、第四導体層４３、ポスト列５１〜５５、導波路６１及び誘導性窓６２は第一導波路構造１０の第一誘電体基板１１、第二導体層１３、第一導体層１２、ポスト列２１〜２５、導波路３１及び誘導性窓３２にそれぞれ対応する。そのため、第二導波路構造４０においても、ポスト列５１，５２による擬似的な導体壁と導体層４２，４３とによって囲まれた領域が方形導波管型式の導波路６１を構成し、その導波路６１の一端は開放され、その導波路６１の他端がポスト列５５によって短絡され、導波路６１がポスト列５３，５４の列によって絞られ、ポスト列５３とポスト列５４との間の部分が誘導性窓６２として機能する。

導波路構造１０，４０は、導波路３１，６１の入出力端子が反対の向きになるように且つ短絡端も反対の向きとなるように積層されている。そして、第一導波路構造１０のポスト列２１，２２と第二導波路構造４０のポスト列５１，５２が互いに平行であり、第一導波路構造１０のポスト列２３〜２５と第二導波路構造４０のポスト列５３〜５５が互いに平行である。また、第一導波路構造１０の第二導体層１３と第二導波路構造４０の第三導体層４２が互いに対向している。その状態で、第一導波路構造１０の第二導体層１３と第二導波路構造４０の第三導体層４２は導電性接合部７０によって接合されており、第一導波路構造１０の導波路３１と第二導波路構造４０の導波路６１は以下のようにして磁気的又は電界的に結合されている。

第一導波路構造１０の第二導体層１３には、第一結合窓７３が形成されている。第一結合窓７３は、ポスト列２１とポスト列２２との間の中間に配置されているとともに、ポスト列２５とポスト列２３，２４との間に配置されている。そして、第一結合窓７３はポスト列２３，２４よりもポスト列２５に寄って配置されている。なお、第一結合窓７３の位置は、ポスト列２１〜２５によって囲われた領域の内側であれば、他の位置であってもよい。

第一結合窓７３は長方形状の開口であり、第一結合窓７３の長辺がポスト列２３〜２５に対して平行であり、第一結合窓７３の短辺がポスト列２１，２２に対して平行である。なお、第一結合窓７３が正方形状の開口であってもよい。

第二導波路構造４０の第三導体層４２には、第二結合窓７４が形成されている。第二結合窓７４は、ポスト列５１とポスト列５２との間の中間に配置されているとともに、ポスト列５５とポスト列５３，５４との間に配置されている。そして、第二結合窓７４はポスト列５３，５４よりもポスト列５５に寄って配置されている。なお、第二結合窓７４の位置は、ポスト列５１〜５５によって囲われた領域の内側であれば、他の位置であってもよい。

第二結合窓７４は第一結合窓７３と同様に長方形状の開口であり、第二結合窓７４の長辺がポスト列５３〜５５に対して平行であり、第二結合窓７４の短辺がポスト列５１，５２に対して平行である。なお、第二結合窓７４が正方形状の開口であってもよい。

導電性接合部７０は、第一導波路構造１０の第二導体層１３と第二導波路構造４０の第三導体層４２との間に挟まれていて、第二導体層１３及び第三導体層４２に結合する。第二導体層１３と第三導体層４２は、導電性接合部７０によって接合されることによって、導電性接合部７０によって互いに導通する。

導電性接合部７０は長方形枠状に形成されているので、その導電性接合部７０の内側に結合開口７１が形成されている。導電性接合部７０は第一導波路構造１０の第一結合窓７３及び第二導波路構造４０の第二結合窓７４を囲繞し、結合窓７３，７４は結合開口７１に内包されている。導電性接合部７０の辺が結合窓７３，７４の辺に対してほぼ平行である。なお、結合窓７３，７４が結合開口７１に内包されていれば、導電性接合部７０が正方形枠状に形成されていてもよいし、円形枠状に形成されていてもよい。つまり、結合開口７１の形状が円形状、正方形状又は長方形状の何れであっても、導波路３１から導波路６１に伝送される信号の周波数特性が適格である。

結合開口７１において、これら結合窓７３，７４が互いに対向する。従って、導波路３１は、第一結合窓７３、結合開口７１及び第二結合窓７４を介して、導波路６１に磁気的又は電界的に結合する。

導電性接合部７０は、はんだ（例えば、SnAgCu系、SnZnBi系、SnCu系、SnAgInBi系又はSnZnAl系の鉛フリーはんだ）からなる母材と、その母材に分散した銅の球状微粒子とからなる。導電性接合部７０の母材の組成の一例として、Sn-3.0Ag-0.5Cuを挙げるが、これに限るものではない。

ここで、導電性接合部７０は、はんだの微粒子（例えば直径１５〜２５μｍの粒径）と銅の球状の微粒子（例えば直径１５〜２５μｍの粒径）との混合粉が加熱処理によって溶融して、それが固化して得られたものである。はんだと銅の混合粉が銅の融点よりも低い温度に加熱されると、銅の微粒子が溶融せず、はんだの微粒子が溶融するので、固化した導電性接合部７０ははんだの母材に銅の微粒子が分散したものとなる。

図３に示すように、第一導波路構造１０の第二導体層１３は、導電性接合部７０が形成されている領域を除いて誘電体膜７５によって被覆されている。誘電体膜７５には、第一結合窓７３を囲繞するような枠状の溝７５ａが形成されていて、導電性接合部７０がその溝７５ａを通じて第二導体層１３に接合されている。誘電体膜７５は第一結合窓７３の内側にも形成されていて、第一結合窓７３内において第一誘電体基板１１の表面が誘電体膜７５によって被覆されている。同様に、第二導波路構造４０の第三導体層４２が誘電体膜７６によって被覆され、第二結合窓７４を囲繞するとともに誘電体膜７６に形成された枠状の溝７６ａを通じて導電性接合部７０が第三導体層４２に接合されている。

誘電体膜７５，７６は樹脂製のパッシベーションからなる。つまり、導電性接合部７０によって第二導体層１３と第三導体層４２を接合する際に、溶融した導電性接合部７０が誘電体膜７５，７６に濡れにくい。それゆえ、導電性接合部７０及び結合開口７１を設計通りの形状及び大きさに形成することができる。

＜効果＞
以上の実施の形態では、導波路３１がポスト列２３，２４によって絞られていて、ポスト列２３とポスト列２４との間に誘導性窓３２が形成されている。そのため、導波路３１内を伝搬する電磁波は、ポスト列２３，２４により反射係数が小さい状態で誘導性窓３２を通過し、ポスト列２３，２４とポスト列２５の間の領域に取り込まれる。電磁波は結合窓７３，結合開口７１及び結合窓７４を通過して、ポスト列５３，５４とポスト列５５の間の領域に取り込まれる。電磁波は誘導性窓６２を通過して、導波路６１内を伝搬する。従って、導波路３１と導波路６１の結合性が高く、所定の周波数帯域の信号が導波路３１から導波路６１に伝送され、その周波数帯域が広い（後述の検証１参照）。同様に、広範な所定の周波数帯域の信号が導波路６１から導波路３１に伝送される。

導電性接合部７０ははんだの微粒子と銅の微粒子との混合粉を原料としたものであるので、その原料コストが低い。また、従来からある製造設備（はんだ印刷機、リフロー機、実装機、ボンダーなど）を用いて第一導波路構造１０と第二導波路構造４０を導電性接合部７０によって容易に接合することができるので、そのコストが低い。

導電性接合部７０に銅の微粒子が分散していると、導電性接合部７０の形成時にはんだが第二導体層１３及び第三導体層４２に濡れやすい。そのため、導電性接合部７０が良好に形成される（後述の検証２参照）。

パッシベーションからなる誘電体膜７５，７６が結合窓７３，７４内に形成されているため、導電性接合部７０の形成時にはんだが結合窓７３，７４内に濡れることがない。また、導電性接合部７０を誘電体膜７５，７６の溝７５ａ，７６ａの枠形状に正確に形成することができる。

導電性接合部７０内の結合開口７１が結合窓７３，７４を内包し、導電性接合部７０が結合窓７３，７４を囲繞しつつ、第一導波路構造１０の第二導体層１３と第二導波路構造４０の第三導体層４２が導電性接合部７０によって接合されている。導電性接合部７０の厚みによって第二導体層１３と第三導体層４２が離間している。それゆえ、結合窓７３，７４の縁が重なり合う位置から結合窓７３，７４が面方向にずれて配置されていても、第一結合窓７３が第三導体層４２によって部分的に塞がれるということがない。第二結合窓７４が第二導体層１３によって部分的に塞がれるということもない。従って、結合窓７３，７４が面方向にずれて配置されていても、そのずれは積層型導波装置１によって伝送可能な周波数帯域に大きな影響を及ぼさない。つまり、第一結合窓７３と第二結合窓７４を精密に位置合わせをせずに第一導波路構造１０と第二導波路構造４０を導電性接合部７０によって接合しても、伝送可能な周波数帯域が適切な積層型導波装置１を製造することができる。

＜変形例＞
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、上記実施形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を上記実施形態に限定して解釈するものではない。また、本発明の趣旨を逸脱することなく、上記実施形態から変更或いは改良してもよく、本発明にはその等価物も含まれる。以下に、上記実施形態からの変更点について幾つか説明するが、以下に説明する幾つかの変更点を可能な限り組み合わせてもよい。

（１）上記実施の形態では、導波路構造１０，４０は、導波路３１，６１の入出力端子が反対の向きになるように積層されている。それに対して、図４及び図５に示すように、導波路構造１０，４０は導波路３１，６１の入出力端子が同一の向きになるように積層されていてもよい。

（２）上記実施形態では、導電性接合部７０ははんだの母材及び銅の微粒子を有したはんだ接合部であったが、銅の微粒子を含まないはんだ接合部であってもよい。また、導電性接合部７０ははんだ以外の導電性ペースト（例えば銀ペースト）が固化したものでもよい。また、導電性接合部７０と第二導体層１３との間に、メッキ法により成長した枠状の導電性凸部（例えば銅メッキ）が第三導体層４２と一体となるように形成されていてもよい。また、導電性接合部７０と第三導体層４２との間に、メッキ法により成長した枠状の導電性凸部（例えば銅メッキ）が第二導体層１３と一体となるように形成されていてもよい。

＜検証１＞
以下、シミュレーションにより導波路３１と導波路６１の結合性について検証する。以下の各シミュレーションにおける条件は表１の通りである。

図４及び図５に示す積層型導波装置１の導波路３１の入出力端子から導波路６１の入出力端子まで信号を伝送した場合の伝送損失をシミュレーションした。その結果を図６に示す。図６中の破線は、ポスト列２３，２４，５３，５４及び誘導性窓３２，６２が設けられていない場合のシミュレーション結果であり（比較例）、実線は、ポスト列２３，２４，５３，５４及び誘導性窓３２，６２が設けられている場合のシミュレーション結果である（実施例）。縦軸の伝送損失は、入力信号の強度を基準とした出力信号の強度をデシベル表現により表したものである。

図６の実線に示すように、この積層型導波装置１を通過する信号の減衰が小さく、50.80〜60.15 GHz の周波数帯域において信号の減衰が3 dB 以下であることが分かる。また、減衰が3 dB 以下となる周波数帯域の比帯域は約16.9 % であり、広帯域な信号伝送が可能である。

一方、図６の破線に示すように、ポスト列２３，２４，５３，５４及び誘導性窓３２，６２が設けられていない場合、この積層型導波装置１を通過する信号の減衰が大きく、広い周波数帯域で信号が5 dB 以上減衰する。

以上のことから、誘導性窓３２，６２が形成されることによって、所定の周波数帯域の信号が導波路３１から導波路６１に伝送され、その周波数帯域が広く、導波路３１と導波路６１の結合性が高いことが分かる。

図１及び図２に示す積層型導波装置１の導波路３１の入出力端子から導波路６１の入出力端子まで信号を伝送した場合の伝送損失をシミュレーションした。その結果を図７に示す。

図７に示すように、この積層型導波装置１を通過する信号の減衰が小さく、50.35 GHz 以上の周波数帯域において信号の減衰が3 dB 以下であり、広帯域な信号伝送が可能である。

＜検証２＞
導電性接合部７０に銅の微粒子が分散していると、導電性接合部７０が良好であることについて検証した。以下、詳細に説明する。

第一導波路構造１０の第一誘電体基板１１に相当するガラス布エポキシ基板（ＦＲ４からなる基板）を準備するとともに、第二導波路構造４０の第二誘電体基板４１に相当するガラス基板を準備した。ガラス布エポキシ基板は１５．８ｍｍ四方の大きさであり、その厚みは約０．６ｍｍである。ガラス基板は１９．０ｍｍ四方の大きさであり、その厚みは約１．０ｍｍである。

ガラス布エポキシ基板には矩形枠状の銅メッキ層（第一導波路構造１０の第二導体層１３に相当）を形成し、ガラス基板には矩形枠状の金フラッシュメッキ層（第二導波路構造４０の第三導体層４２に相当）を形成した。三種類のはんだペーストＡ〜Ｃ（表２参照）を準備し、銅メッキ層及び金フラッシュメッキ層にはんだペーストをオンコンタクト方式で印刷した。そして、銅メッキ層と金フラッシュメッキ層を対向させるようにガラス布エポキシ基板とガラス基板を重ねて、印刷したはんだをリフローすることによって、銅メッキ層と金フラッシュメッキ層をはんだにより接合した。銅メッキ層と金フラッシュメッキ層との間の固化したはんだが導電性接合部７０に相当する。

はんだの固化後、はんだをＸ線により撮影して、そのはんだを観察した。はんだペーストＡによって銅メッキ層と金フラッシュメッキ層を接合した場合のＸ線写真を図８に示す。はんだペーストＢによって銅メッキ層と金フラッシュメッキ層を接合した場合のＸ線写真を図９に示す。はんだペーストＣによって銅メッキ層と金フラッシュメッキ層を接合した場合のＸ線写真を図１０に示す。

銅の微粒子が添加されたはんだペーストＡの場合、はんだは１６体のサンプルの全てにおいて良好であった（図８参照）。
銅の微粒子が添加されていないはんだペーストＢの場合、はんだにボイドが形成されたサンプルがあった（図９参照）。さらに、はんだが枠状に形成されなかったサンプルが１体あった。
銅の微粒子が添加されていないはんだペーストＣの場合、はんだにボイドが形成されたサンプルがあった（図１０参照）。さらに、はんだが枠状に形成されなかったサンプルが２体あった。

以上のことから、銅の微粒子が分散した導電性接合部７０の形成時にはんだが第二導体層１３及び第三導体層４２に濡れやすく、導電性接合部７０が良好に形成されることが分かる。

１０…第一導波路構造，１１…第一誘電体基板（第一誘電体），１２…第一導体層，１３…第二導体層，２１…ポスト列（第一ポスト列），２１Ａ…導体ポスト，２２…ポスト列（第一ポスト列），２２Ａ…導体ポスト，４０…第二導波路構造，４１…第二誘電体基板（第二誘電体），４２…第三導体層，４３…第四導体層，５１…ポスト列（第二ポスト列），５１Ａ…導体ポスト，５２…ポスト列（第二ポスト列），５２Ａ…導体ポスト，７０…導電性接合部，７３…第一結合窓，７４…第二結合窓，７５…第一誘電体膜，７６…第二誘電体膜，

Claims

第一誘電体と、前記第一誘電体を挟んで互いに対向した第一導体層及び第二導体層と、前記第一誘電体を貫通するとともに前記第一導体層及び前記第二導体層に接続された複数の導体ポストからなるポスト列が互いに平行に配列されてなる２列の第一ポスト列と、前記第一導体層、前記第二導体層及び前記第一ポスト列によって囲まれた第一導波路と、を有し、前記第一導波路の中途部がポスト列によって絞られ且つ前記第一導波路の末端がポスト列によって短絡された第一導波路構造と、
第二誘電体と、前記第二誘電体を挟んで互いに対向した第三導体層及び第四導体層と、前記第二誘電体を貫通するとともに前記第三導体層及び前記第四導体層に接続された複数の導体ポストからなるポスト列が互いに平行に配列されてなる２列の第二ポスト列と、前記第三導体層、前記第四導体層及び前記第二ポスト列によって囲まれた第二導波路と、を有し、前記第二導波路の中途部がポスト列によって絞られ且つ前記第二導波路の末端がポスト列によって短絡され、前記第三導体層が前記第二導体層に対向するよう前記第一導波路構造に積層された第二導波路構造と、
前記第二導体層のうち前記第一導波路の絞られた部分と短絡された部分の間の部位に形成された第一結合窓と、
前記第三導体層のうち前記第二導波路の絞られた部分と短絡された部分の間の部位に形成された第二結合窓と、
前記第二導体層と前記第三導体層を接合して、前記第一結合窓と前記第二結合窓を囲繞する導電性接合部と、を備える積層型導波装置。
前記導電性接合部が、はんだを有する
請求項１に記載の積層型導波装置。
前記導電性接合部が、前記はんだを母材として前記はんだに分散した銅の粒子を有する
請求項２に記載の積層型導波装置。
前記銅の粒子の粒径が１５〜２５μｍである
請求項３に記載の積層型導波装置。
前記第二導体層を被覆するとともに、前記第一結合窓内において前記第一誘電体を被覆する第一誘電体膜と、
前記第三導体層を被覆するとともに、前記第二結合窓内において前記第二誘電体を被覆する第二誘電体膜と、を更に備え、
前記第一誘電体膜には前記第一結合窓を囲繞するよう枠状の溝が形成され、その溝を通じて前記導電性接合部が前記第二導体層に接合され、
前記第二誘電体膜には前記第二結合窓を囲繞するよう枠状の溝が形成され、その溝を通じて前記導電性接合部が前記第三導体層に接合されている
請求項１から４の何れか一項に記載の積層型導波装置。
前記第一導波路及び前記第二導波路の短絡された部分の反対側端部が入出力端子であり、前記第一導波路構造及び前記第二導波路構造は前記第一導波路の入出力端子と前記第二導波路の入出力端子が同一の向き又は反対の向きとなるように積層されている
請求項１から５の何れか一項に記載の積層型導波装置。