JP3464109B2 - セラミック平面アンテナの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、主にマイクロ波及
びミリ波用に用いる平面アンテナに関するもので、特に
用いる誘電体がセラミックスで構成され、同時焼成の技
術により製造されるアンテナに関するものである。 【０００２】 【従来技術】近年、マイクロ波およびミリ波用に様々な
アンテナが提案されている。特に、平面型のアンテナは
薄く、基板を積層して容易に作製できるため数多く提案
されている。またアンテナを形成する誘電体としては、
セラミックス等の高誘電率材料を用いることにより小型
のアンテナを作製することができる。 【０００３】一般的に、誘電体としてセラミックスを用
いたセラミック平面アンテナは、まずセラミック粉末を
用いてドクターブレード法や圧延法によってシート状成
形体（グリーンシート）を作製する。次に、このグリー
ンシートに必要に応じマイクロドリルなどによりスルー
ホールやビアホールを形成してメタライズインクを充填
する。そして、最上層のグリーンシートに対して、スロ
ットまたはパッチ等の放射パターンをメタライズインク
でスクリーン印刷等により印刷形成する。また、最上層
の下部層のグリーンシートには、グランド層や放射用メ
タライズ層に対して電力を給電するための給電用メタラ
イズ層用の給電パターン等をメタライズインクでスクリ
ーン印刷する。その後、これら各層を位置合わせして密
着積層した後、所定の温度で同時焼成することによりセ
ラミック平面アンテナが作製される。また、個々にアン
テナとしての特性を検査した後に製品として出荷される
ことになる。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかし、このような製
造法によると、作製されたアンテナの放射特性のバラツ
キが大きく、歩留りが非常に悪いという問題点があっ
た。具体的には、パッチアンテナの場合、共振特性の周
波数依存性が設計値とずれる、所定の周波数でアンテナ
として作用しない、また、スロットアレーアンテナの場
合はパッチアンテナと比べて周波数帯域が広いため多少
ずれてもアンテナとして作用するが、電磁波の放射ビー
ムがチルトして設計通りの方向に電磁波が放射されない
現象が発生する、等の問題があった。 【０００５】この問題点を分析した結果、１つには、セ
ラミックスの比誘電率が樹脂等に比べ高いため、放射面
のパターンに高い精度が要求されるが、放射用メタライ
ズ層のスクリーン印刷等による印刷精度に限界があるこ
と、グリーンシートの密着積層時に伸びや変形が発生
し、高精度の積層体が得られないこと、焼成時にグリー
ンシートの収縮にバラツキがあるために、グリーンシー
ト表面のメタライズパターンにもバラツキが発生するこ
と、セラミック原料のバラツキおよび焼成雰囲気のバラ
ツキにより、セラミック誘電体の誘電特性にバラツキが
生じる、などが原因であることがわかった。 【０００６】したがって、本発明の目的は、上記のよう
な問題点を解決し、放射特性のバラツキの少ない高精度
で製造歩留まりの高いセラミック平面アンテナの製造方
法を提供することにある。 【０００７】 【課題を解決するための手段】発明者は、上記の問題点
に関して検討を重ねた結果、セラミック誘電体の表面に
形成される放射用メタライズ層を、セラミック誘電体と
の同時焼成によって作製した後のエッチング処理によっ
てパターン形状を形づくることによって、上記の目的を
達成できることを見いだした。 【０００８】即ち、本発明のセラミック平面アンテナの
製造方法は、セラミック誘電体と、該セラミック誘電体
表面に形成された放射用メタライズ層と、該放射用メタ
ライズ層に電力を供給するための給電用メタライズ層と
を具備するセラミック平面アンテナの製造方法におい
て、前記放射用メタライズ層を前記セラミック誘電体と
同時焼成によって形成した後、該アンテナとともに焼成
されたダミー基板の誘電率を測定し、その誘電率に応じ
た放射用メタライズ層のパターンを決定し、そのパター
ン形状にエッチング処理することを特徴とするものであ
る。 【０００９】本発明によれば、従来から用いられていた
セラミック多層化技術を用いて作製でき、しかも精度の
高いパターン形状の放射用メタライズ層を作製できるの
で、放射特性のバラツキがなく信頼性が高く、製造時の
歩留りの高いセラミック平面アンテナを作製することが
できる。 【００１０】 【発明の実施の形態】図１に、セラミック平面アンテナ
の一般的な構造の概略図を示したものであり、特にマイ
クロ波、またはミリ波用に適用されるアンテナである。
図１によれば、セラミック誘電体１ａの表面に放射用メ
タライズ層２が被着形成され、また、セラミック誘電体
１ｂ表面には、グランド層３が内設され、さらに、セラ
ミック誘電体１ｃに給電用メタライズ層４が形成された
多層構造からなる。この給電用メタライズ層４は、グラ
ンド層３との間でマイクロストリップ線路を形成してい
る。また、放射用メタライズ層２は、グランド層３との
間でマイクロストリップアンテナを形成している。給電
用メタライズ層４と放射用メタライズ層２とは、グラン
ド層３と電気的に接触することなく、スルーホール導体
５によって電気的に接続され、これにより、放射用メタ
ライズ層２に電力が供給される。 【００１１】本発明によれば、図１に示すようなセラミ
ック平面アンテナを作製するにあたり、まず、セラミッ
ク誘電体１ａを形成するセラミック粉末をドクターブレ
ード法や圧延法によってシート状成形体（グリーンシー
ト）を作製する。次に、このグリーンシートにスルーホ
ール導体５の一部をなすスルーホールを形成し、そのホ
ール内にメタライズインクを充填する。セラミック誘電
体１ｂを形成するグリーンシートには、上面側にグラン
ド層３を形成すべくスクリーン印刷等の印刷手段を用い
てメタライズインクをグランド層用パターンを印刷す
る。また、スルーホール導体５の一部をなすスルーホー
ルを形成し、そのホール内にメタライズインクを充填す
る。最下層のセラミック誘電体１ｃを形成するグリーン
シートには、給電用メタライズ層４を形成すべくスクリ
ーン印刷等の印刷手段を用いてメタライズインクを給電
用メタライズ層用パターンを印刷する。 【００１２】この時、セラミック誘電体１ａを形成する
最上層のグリーンシートの上面には、形成されるべき放
射用メタライズ層用パターン領域、つまり製造過程にお
ける種々の特性の変化が生じた場合に変化するパターン
形状をすべて包含し得る領域、望ましくはグリーンシー
トの上面全体にメタライズインクを塗布して表面メタラ
イズ層を形成する。そして、これら各層を密着積層して
積層体を作製した後、この積層体をメタライズインクと
グリーンシートが同時に焼成可能な温度で同時焼成す
る。 【００１３】その後、同時焼成して作製した基板の表面
メタライズ層を放射用メタライズ層のパターンにエッチ
ングすることにより、特性に応じた高精度の放射用メタ
ライズ層を形成することができる。エッチング方法とし
ては、セラミック誘電体の全面に形成された金属層に対
して、放射用メタライズ層のパターンにレジストを印刷
した後、塩化第二鉄等により非レジスト形成部の金属層
をエッチング除去した後に、水等により洗浄してレジス
トを除去することにより、放射用メタライズ層２を形成
することができる。 【００１４】特に、同時焼成においては、用いる誘電体
の誘電率が種々変化する場合があり、誘電率が変化する
と形成される放射用メタライズ層のパターン形状を変え
る必要がある。そこで、前記積層体の同時焼成ととも
に、誘電率評価用のセラミックグリーンシートからなる
ダミー基板を同時に焼成する。焼成後、ダミー基板の誘
電率を測定した後、この誘電率に応じた放射用メタライ
ズ層のパターン形状を決定し、そのパターン形状にエッ
チング処理することにより、実際の誘電体基板の誘電率
に応じたパターン形状を有する放射用メタライズ層を形
成することができる。 【００１５】このようにして、放射用メタライズ層のパ
ターンを同時焼成後のエッチング処理によって形成する
ことにより、放射用メタライズ層のパターンが、スクリ
ーン印刷精度、グリーンシート積層時のずれや変形、同
時焼成時の収縮のバラツキ等に一切影響を受けることが
なく、精度の高いパターン形状の放射用メタライズ層を
作製できるので、放射特性のバラツキがなく信頼性が高
く、製造時の歩留りの高いセラミック平面アンテナを作
製することができる。また、誘電率評価用のダミー基板
により測定された誘電体基板の焼成後の正確な誘電率に
応じて、パターン形状の決定し、エッチングにより形成
することができるために、設計通りのセラミック平面ア
ンテナを作製することができる。 【００１６】 【実施例】図１に基づき、ガラスセラミックスからなる
セラミック誘電体（比誘電率５．６）粉末を用いてドク
ターブレード法により厚み０．２５４ｍｍのグリーンシ
ートを３層作製し、第１のシートに対して、直径０．１
ｍｍのスルーホールを形成し、ホール内にＣｕ粉末およ
び樹脂バインダーからなるメタライズインクを充填し
た。そして、そのシートの表面全体に０．０１５ｍｍの
厚みで上記のメタライズインクを印刷塗布した。次に、
第２のシートに対して、メタライズインクによりグラン
ド層パターンに印刷し、またスルーホールを形成してメ
タライズインクを充填した。 さらに、第３のシートに
対して、給電用メタライズ層パターンにメタライズイン
クを印刷した。そして、これら第１〜第３のシートをこ
の順序で積層した後、加湿された窒素雰囲気中、９５０
℃で同時焼成した。その後、最上面のメタライズ層に対
して、エッチング処理により１〜５ｍｍ角のパッチ状の
放射用メタライズ層を形成して、表１に示す共振周波数
および帯域幅を設計値とするセラミック平面アンテナを
作製した。 【００１７】また、比較例として、前記第１のグリーン
シートの表面に、スクリーン印刷によって放射用メタラ
イズ層パターンをスクリーン印刷によって形成し、同時
焼成後のエッチング処理を行わない以外は、全く上記と
同様な方法でセラミック平面アンテナを作製した。 【００１８】各アンテナの製造にあたり、作製したアン
テナの特性を個々に評価して、実測した共振周波数（ピ
ーク位置）が設計値の帯域幅内に含まれるものを良品、
含まれないものを不良品として歩留り（良品／全数）を
求めた。結果は表１に示す。 【００１９】 【表１】【００２０】表１の結果から、明らかなように、種々の
特性を有するアンテナにおいても、グリーンシートへの
印刷によって放射用メタライズ層パターンを形成し同時
焼成したものでは、歩留りが低く、特に共振周波数が高
くなるに従い、歩留りが大きく低下することがわかる。
これに対して、同時焼成後にエッチング処理によって放
射用メタライズ層を形成した本発明では、不良品の発生
がほとんどなく、歩留りの非常に高いものであった。 【００２１】 【発明の効果】以上詳述したように、本発明のセラミッ
ク平面アンテナは、同時焼成後のエッチング処理によっ
て放射用メタライズ層を形成したことにより、焼成によ
る収縮バラツキの影響、密着積層によるメタライズの伸
び等により放射用メタライズ層のパターン形状が変化す
ることがなく、それらのバラツキには全く関係なく、し
かもエッチングによりパターンを形成するために、高精
度のパターン形状を有する放射用メタライズ層を形成す
ることができる。これにより、放射特性のバラツキがな
く信頼性が高く、製造時の歩留りの高いセラミック平面
アンテナを作製することができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】セラミック平面アンテナの一般的な構造を説明
するための図である。 【符号の説明】 １ａ，１ｂ、１ｃ セラミック誘電体 ２ 放射用メタライズ層 ３ グランド層 ４ 給電用メタライズ層 ５ スルーホール導体

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】セラミック誘電体と、該セラミック誘電体
   表面に形成された放射用メタライズ層と、該放射用メタ
   ライズ層に電力を供給するための給電用メタライズ層と
   を具備するセラミック平面アンテナの製造方法におい
   て、前記放射用メタライズ層を前記セラミック誘電体と
   同時焼成によって形成した後、該アンテナとともに焼成
   されたダミー基板の誘電率を測定し、その誘電率に応じ
   た放射用メタライズ層のパターンを決定し、そのパター
   ン形状にエッチング処理することを特徴とするセラミッ
   ク平面アンテナの製造方法。