JP3122025B2 - Plate type dielectric lens structure and manufacturing method thereof - Google Patents

Plate type dielectric lens structure and manufacturing method thereof

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JP3122025B2 JP07340122A JP34012295A JP3122025B2 JP 3122025 B2 JP3122025 B2 JP 3122025B2 JP 07340122 A JP07340122 A JP 07340122A JP 34012295 A JP34012295 A JP 34012295A JP 3122025 B2 JP3122025 B2 JP 3122025B2
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    • H05K1/03Use of materials for the substrate

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、アンテナ、レーダ
ー等に利用される誘電体レンズを具備した構造体に関
し、特に平板型形状からなる誘電体レンズ構造体に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure having a dielectric lens used for an antenna, a radar, and the like, and more particularly to a dielectric lens structure having a flat plate shape.

【0002】[0002]

【従来技術】アンテナ及びレーダで電波の送受信を良好
に行うため、誘電体レンズが用いられてきた。この誘電
体レンズは、送信の際は電波の指向性を強めるのに用い
られ、また受信の際は微弱な電波を受信機に集束させる
のに用いられる。
2. Description of the Related Art Dielectric lenses have been used for good transmission and reception of radio waves with antennas and radars. This dielectric lens is used to enhance the directivity of radio waves during transmission, and is used to focus weak radio waves to a receiver during reception.

【0003】従来、誘電体レンズを作製する方法として
は、樹脂製レンズの場合には、金属等の型に溶融した樹
脂を入れて冷却し樹脂を固化させて成形するか、セラミ
ック製レンズの場合には、セラミック粉末を金属等の型
に充填しプレス成形した後、焼結することにより得られ
ている。
Conventionally, as a method of manufacturing a dielectric lens, in the case of a resin lens, a molten resin is put into a mold such as a metal and cooled to solidify the resin, or a method of forming a ceramic lens is used. Are obtained by filling a ceramic powder into a mold of metal or the like, press-molding, and sintering.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
方法によれば、高価で且つ高精度な金型を必要とするた
め製作コストが高くなるという問題があった。
However, according to the above-mentioned method, there is a problem that an expensive and high-precision mold is required, so that the production cost is increased.

【0005】また、最近では、従来の誘電体レンズは、
回路基板と全く別体で設けられていたが、機器の小型化
等の要求から、これらの誘電体レンズを配線基板やパッ
ケージ等の構造体中に内蔵させることが要求されてい
る。このような要求に対しては、例えば、別途作製され
たロッドレンズや平凸レンズ等を、治具等を用いて基板
内に取り付けたり、接着固定することが行われている
が、このような取付作業は面倒であり、しかも位置合わ
せ等の細かな位置制御等を必要とするため、特に微細な
配線が形成された回路基板やパッケージ等の構造体への
直接的に内蔵もしくは取付るのは困難であった。
[0005] Recently, conventional dielectric lenses have
Although provided separately from the circuit board, it is required to incorporate these dielectric lenses into a structure such as a wiring board or a package in order to reduce the size of the device. In response to such demands, for example, a separately manufactured rod lens, plano-convex lens, or the like is mounted in a substrate using a jig or the like, or is adhesively fixed. The work is cumbersome and requires fine position control such as positioning, so it is difficult to directly incorporate or attach it to a structure such as a circuit board or package where fine wiring is formed. Met.

【0006】従って、本発明は、金型を用いずに成形す
ることができ、しかも回路基板やパッケージ等の構造体
中に一体的に形成することのできる誘電体レンズ構造体
を提供することを目的とするものである。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a dielectric lens structure which can be formed without using a mold and which can be integrally formed in a structure such as a circuit board or a package. It is the purpose.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題に対して検討を重ねた結果、低誘電率材料からなり内
面が略曲面からなる凹部を有する基板の前記凹部内に高
誘電率材料を埋設した構造とすることにより,上記目的
が達成されることを見出した。
Means for Solving the Problems As a result of repeated studies on the above-mentioned problems, the present inventors have found that a substrate having a concave portion made of a low dielectric constant material and having a substantially curved inner surface has a high dielectric constant in the concave portion. It has been found that the above object can be achieved by adopting a structure in which the buried material is embedded.

【0008】また、本発明のかかる誘電体レンズの製造
方法として、低誘電率材料からなり、直径が異なる孔部
を有する複数のシートを直径が徐々に変化するように同
心円状に積層して凹部を形成する工程と、前記凹部内に
高誘電率材料を埋設する工程とを具備することを特徴と
するものである。
In a method of manufacturing a dielectric lens according to the present invention, a plurality of sheets made of a low dielectric constant material and having holes having different diameters are concentrically laminated so that the diameters gradually change so that a concave portion is formed. And a step of burying a high dielectric constant material in the concave portion.

【0009】[0009]

【作用】本発明の平板型誘電体レンズによれば、低誘電
率材料からなる基板内に高誘電率材料からなる誘電体レ
ンズを内蔵させることができるために、各種の回路基板
やパッケージ等において、誘電体レンズを内蔵させるこ
とができる。
According to the flat type dielectric lens of the present invention, a dielectric lens made of a high dielectric constant material can be built in a substrate made of a low dielectric constant material. In addition, a dielectric lens can be incorporated.

【0010】また、本発明の製造方法によれば、従来の
ような金型を用いることなく、しかも誘電体材料と同時
焼成により一体的に形成することができるために、容易
に且つ安価に製造することができる。しかも、かかる製
造方法によれば、配線層を具備する回路基板やパッケー
ジ等の製造と同時に誘電体レンズを作製することができ
る。
In addition, according to the manufacturing method of the present invention, since it can be formed integrally with a dielectric material by simultaneous sintering without using a conventional mold, it can be manufactured easily and inexpensively. can do. Moreover, according to such a manufacturing method, a dielectric lens can be manufactured at the same time as manufacturing a circuit board or a package having a wiring layer.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】本発明の平板型誘電体レンズ構造
体の基本的構造は、図1の斜視図および図2の断面図に
記載される通り、低誘電率材料からなる基板1内に、内
面が略曲面からなる凹部2が形成されており、この凹部
2内に高誘電率材料3が埋設された平板型の構造体から
なるものである。なお、低誘電率材料とは、凹部2内に
充填される高誘電率材料に比較して低誘電率であること
を意味するものである。かかる構造体においては、凹部
の内面がレンズ球面に整合するような略曲面を形作るこ
とにより,そこに埋設される高誘電率材料が略レンズ形
状となり,誘電体レンンズ本体として機能する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The basic structure of a flat dielectric lens structure according to the present invention is, as shown in the perspective view of FIG. 1 and the sectional view of FIG. A concave portion 2 having an inner surface formed of a substantially curved surface is formed, and a high dielectric constant material 3 is embedded in the concave portion 2 to form a flat plate type structure. Note that the low dielectric constant material means that the material has a lower dielectric constant than the high dielectric constant material filled in the recess 2. In such a structure, by forming a substantially curved surface such that the inner surface of the concave portion matches the spherical surface of the lens, the high dielectric constant material embedded therein has a substantially lens shape and functions as a dielectric lens body.

【0012】本発明において、このような平板型誘電体
を形成するにあたり、低誘電率材料からなる基板に、内
面が略球面状の凹部2を形成する方法としては、低誘電
率の材料からなる基板に対して、機械的な加工を施すこ
とにより形成することもできるが、基板1が回路基板を
兼ねる場合等においては機械的加工は難しい。
In the present invention, in forming such a plate-type dielectric, a method of forming the concave portion 2 having a substantially spherical inner surface on a substrate made of a low dielectric material is made of a material having a low dielectric constant. Although it can be formed by mechanically processing the substrate, mechanical processing is difficult when the substrate 1 also serves as a circuit board.

【0013】従って、この凹部2は、図3に示すよう
に、直径が異なる孔部4を有する複数のシート5を孔部
4の直径が徐々に変化するように同心円状に積層して、
凹部が図2に示すような多段状の略球面により形成する
ことができる。
Accordingly, as shown in FIG. 3, the recess 2 is formed by concentrically laminating a plurality of sheets 5 having holes 4 having different diameters so that the diameter of the holes 4 gradually changes.
The recess can be formed by a multi-stage substantially spherical surface as shown in FIG.

【0014】そして、上記のようにして作製した基板の
凹部内に高誘電率材料を埋設する。
Then, a high dielectric constant material is buried in the recess of the substrate manufactured as described above.

【0015】高誘電率材料を埋設する方法としては、図
3に示すように、その孔部4に、各シートの孔部4の直
径と同じか、あるいはわずかに小さい直径からなる高誘
電率のシート6を積層して形成し、これらを誘電率材料
からなるシート5とともに積層密着させることにより埋
設することができる。また、図3において、低誘電率材
料からなるシートを積層する前に、各シート5の孔部4
内に予め高誘電率材料を充填した後、積層してもよい。
As a method of embedding a high dielectric constant material, as shown in FIG. 3, a hole 4 having a high dielectric constant having a diameter equal to or slightly smaller than the diameter of the hole 4 of each sheet is used. The sheets 6 can be buried by laminating the sheets 6 and bringing them into close contact with the sheet 5 made of a dielectric material. Also, in FIG. 3, before laminating the sheets made of the low dielectric constant material, the holes 4 of each sheet 5 are stacked.
After a high dielectric constant material is filled in advance, the layers may be laminated.

【0016】この場合、低誘電率材料および高誘電率材
料がセラミック材料からなるとともに、同様の焼成温度
で焼結可能な場合、各シートをセラミック粉末をドクタ
ーブレード法等により成形したグリーンシートにより構
成すれば、低誘電率材料からなるシート状成形体からな
る基板と、凹部に埋設された高誘電率材料とを同時焼成
して一体化することができる。
In this case, when the low dielectric constant material and the high dielectric constant material are ceramic materials and can be sintered at the same firing temperature, each sheet is constituted by a green sheet formed by molding a ceramic powder by a doctor blade method or the like. Then, the substrate made of the sheet-shaped molded body made of the low dielectric constant material and the high dielectric constant material embedded in the concave portion can be simultaneously fired and integrated.

【0017】また、他の方法としては、図4に示すよう
に、図3の方法により形成した低誘電率材料からなる基
板1の凹部2に高誘電率材料からなるスラリー等の粘稠
物7を流し込んで埋設することもできる。この場合も、
低誘電率材料および高誘電率材料をセラミック材料から
構成し、基板1をグリーンシートの積層物により、また
スラリーを高誘電率セラミック粉末を含有するものによ
り構成すれば、いわゆる泥漿鋳込成形によりレンズ状の
セラミック成形体を作製することができる。そして、基
板1とレンズ状のセラミック成形体を同時焼成して一体
化することができる。
As another method, as shown in FIG. 4, a viscous material 7 such as a slurry made of a high dielectric material is placed in a concave portion 2 of a substrate 1 made of a low dielectric material formed by the method shown in FIG. Can be poured and buried. Again,
If the low-permittivity material and the high-permittivity material are made of a ceramic material, the substrate 1 is made of a laminate of green sheets, and the slurry is made of a material containing a high-permittivity ceramic powder, the lens is formed by so-called slurry casting. Can be produced. Then, the substrate 1 and the lens-shaped ceramic molded body can be simultaneously fired and integrated.

【0018】[0018]

【実施例】図3に従い、比誘電率が5のガラスセラミッ
ク粉末を用いて複数のグリーンシートを作製した後、各
グリーンシート内に直径の異なる孔部を形成した。そし
て、それらのグリーンシートを孔の直径が徐々に大きく
なるように積層し、これを孔を有しないグリーンシート
に圧着し内面が略球面からなる凹部を形成した。得られ
た積層物の凹部に、誘電率が30のガラスセラミック粉
末からなるシートを各シートの直径に合わせて積層した
後、これらを1000℃で焼成して一体化して誘電体レ
ンズ構造体を作製した。
EXAMPLE According to FIG. 3, a plurality of green sheets were prepared using a glass ceramic powder having a relative dielectric constant of 5, and holes having different diameters were formed in each green sheet. Then, these green sheets were laminated so that the diameter of the hole gradually increased, and this was pressed against a green sheet having no hole to form a concave portion having an inner surface having a substantially spherical surface. Sheets made of glass ceramic powder having a dielectric constant of 30 are laminated in the recesses of the obtained laminate according to the diameter of each sheet, and then fired at 1000 ° C. to be integrated to produce a dielectric lens structure. did.

【0019】得られた誘電体レンズの特性を数値計算に
より確認した。計算に用いたモデルを図5に示す。な
お、空気の比誘電率は1とした。
The characteristics of the obtained dielectric lens were confirmed by numerical calculation. The model used for the calculation is shown in FIG. The relative dielectric constant of air was set to 1.

【0020】正弦波を発振する波源は比誘電率5の低誘
電体基板中に設定した。数値解析より得られた電場の強
さをを図6に示した。図6の結果から明らかなように、
波源から発振された正弦波は比誘電率5の低誘電率の基
板内も球面波で伝搬した後、誘電体レンズに入射して平
面波に変換され、空気中に放射されることが理解され
る。この結果から、本発明の構造体が誘電体レンズとし
て機能することが確認できた。
A wave source for oscillating a sine wave was set in a low dielectric substrate having a relative dielectric constant of 5. FIG. 6 shows the electric field strength obtained from the numerical analysis. As is clear from the results of FIG.
It is understood that the sine wave oscillated from the wave source propagates in a low dielectric constant substrate having a relative dielectric constant of 5 as a spherical wave, then enters a dielectric lens, is converted into a plane wave, and is emitted into the air. . From these results, it was confirmed that the structure of the present invention functions as a dielectric lens.

【0021】[0021]

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の誘電体レン
ズ構造体によれば、低誘電率材料からなる基板内に高誘
電率材料からなる誘電体レンズを内蔵させることができ
るために、各種の回路基板やパッケージ等において、誘
電体レンズを内蔵させることができる。しかも配線層を
具備する回路基板やパッケージ等の製造と同時に形成す
ることができる。
As described above in detail, according to the dielectric lens structure of the present invention, a dielectric lens made of a high dielectric material can be built in a substrate made of a low dielectric material. A dielectric lens can be built in various circuit boards and packages. Moreover, it can be formed at the same time as the manufacture of a circuit board or a package having a wiring layer.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の平板型誘電体レンズ構造体の基本的構
造を示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a basic structure of a flat dielectric lens structure of the present invention.

【図2】図1のX−X断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line XX of FIG.

【図3】本発明の平板型誘電体レンズ構造体の製造方法
を説明するための図である。
FIG. 3 is a view for explaining a method of manufacturing a flat plate type dielectric lens structure according to the present invention.

【図4】本発明の平板型誘電体レンズ構造体の製造方法
の他の方法を説明するための図である。
FIG. 4 is a view for explaining another method for manufacturing the flat plate type dielectric lens structure of the present invention.

【図5】本発明の実施例における平板型誘電体レンズ構
造体の解析モデル図である。
FIG. 5 is an analytical model diagram of a flat plate-type dielectric lens structure according to an example of the present invention.

【図6】図5のモデルによる構造体のレンズ特性図であ
る。
FIG. 6 is a lens characteristic diagram of a structure according to the model of FIG. 5;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 低誘電率基板 2 凹部 3 高誘電率材料 4 孔部 5 シート REFERENCE SIGNS LIST 1 low dielectric constant substrate 2 concave portion 3 high dielectric constant material 4 hole 5 sheet

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01Q 15/00 - 15/14 H01Q 17/00 H01Q 19/00 - 19/32 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01Q 15/00-15/14 H01Q 17/00 H01Q 19/00-19/32

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】低誘電率材料からなり内面が略曲面からな
る凹部を有する基板の前記凹部内に高誘電率材料を埋設
したことを特徴とする平板型誘電体レンズ構造体。
1. A flat dielectric lens structure, characterized in that a high dielectric material is buried in a concave portion of a substrate having a concave portion made of a low dielectric constant material and having a substantially curved inner surface.
【請求項2】前記内面が略球面状の凹部を有する基板
が、直径が異なる孔部を有する複数のシートを直径が徐
々に変化するように同心円状に積層して形成されたこと
を特徴とする請求項1記載の平板型誘電体レンズ構造
体。
2. The method according to claim 1, wherein the substrate having a concave portion having a substantially spherical inner surface is formed by concentrically laminating a plurality of sheets having holes having different diameters so that the diameter gradually changes. The flat dielectric lens structure according to claim 1.
【請求項3】低誘電率材料からなり、直径が異なる孔部
を有する複数のシートを直径が徐々に変化するように同
心円状に積層して凹部を形成する工程と、前記凹部内に
高誘電率材料を埋設する工程とを具備することを特徴と
する平板型誘電体レンズ構造体の製造方法。
3. A step of forming a concave portion by laminating a plurality of sheets made of a low dielectric constant material and having holes having different diameters concentrically so that the diameter gradually changes, and forming a high dielectric in the concave portion. And a step of burying a refractive index material.
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