JP3563580B2 - 高周波複合回路基板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高周波複合回路基板およびその製造方法に関し、例えば電圧制御発振器（ＶＣＯ）、ミキサ部、フィルター素子、発振子、コイル、コンデンサ等の複数の回路機能が内部に形成された高周波複合回路基板およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
近年、電子機器は小型軽量化が進んでおり、それに用いられる回路基板もその動向に呼応する形で、小型軽量化、薄型化、表面実装化、複合化が進められている。特に、携帯通信等の高周波を利用した通信機器においては、セラミックスの優れた誘電特性等と多層化技術から、セラミック回路基板が従来から多用されており、近年では小型薄型化が進められている。
【０００３】
しかしながら、絶縁層が複数積層して形成された高周波回路基板において、その内部にストリップライン型共振器を形成しようとした場合、その基板の薄層化の要求によって、基板厚みが制限され、回路Ｑを高くするのに限界が生じるという問題があった。
【０００４】
また、従来の高周波複合回路基板は、セラミックやガラスセラミックなどの原料を含有するグリーンシートを作成して、このグリーンシートにビアホール導体となる位置にＮＣパンチや金型などでビアホール用貫通孔を形成し、次に内部配線パターンに応じてグリーンシート上に導電性ペーストを印刷すると共に、ビアホールに導電性ペーストを充填し、次にこれらグリーンシートを複数積層して、この積層成形体と導電性ペーストを一括して同時に焼成する、いわゆるグリーンシート積層方式によって形成していた。
【０００５】
しかしながら、このグリーンシート積層方式による製造方法では、グリーンシートの積層方向に電極を形成しようとすると、絶縁層となるグリーンシートを作成した後に、ＮＣパンチや金型などで電極用貫通溝を形成しなければならず、グリーンシートを次工程以降で取り扱うことが困難であるという問題があった。
【０００６】
本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、その目的は、回路基板の薄型化にともなって回路Ｑ値を高くするのに限界が生じるという従来技術の問題点を解消した高周波複合回路基板を提供することを目的とする。
【０００７】
また、複数のセラミック絶縁層の積層方向に電極用貫通溝を形成しにくいという従来方法の問題点を解消した高周波複合回路基板の製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る高周波複合回路基板では、セラミックまたはガラスセラミックから成る絶縁層を複数積層して成る絶縁基体内に一対のアース電極を平行に設け、このアース電極間にストリップラインを設けてストリップライン型共振器を形成した高周波複合回路基板において、前記アース電極とストリップラインの幅を前記絶縁層の積層方向に形成した。
【０００９】
また、請求項２に係る高周波複合回路基板の製造方法では、支持基板上に、セラミックまたはガラスセラミックから成る絶縁層材料、光硬化可能なモノマー、および有機バインダを含有するスリップ材を塗布して乾燥することによって絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層の一部を露光して除去する工程と、この除去部分に導電性ペーストを充填する工程とを繰り返すことによって、前記絶縁層の積層方向にストリップライン型共振器のストリップラインとアース電極となる導電性ペーストが連続して充填された積層成形体を形成した後に焼成する。
【００１０】
【作用】
請求項１に係る高周波複合回路基板によれば、絶縁層の積層方向に一対のアース電極とストリップラインとから成るストリップライン型共振器を形成することにより、複合回路基板を薄型化したままでストリップラインとアース電極間の距離を大きくすることができ、もって回路Ｑ値の高いストリップライン型共振器を内蔵する高周波複合回路基板を得ることができる。
【００１１】
また、請求項２に係る高周波複合回路の製造方法では、光硬化可能なモノマーを含有するスリップ材で絶縁層成形体を作成し、露光処理と現像（エッチング）処理を施して導電性ペーストを充填もしくは塗布することを繰り返して積層成形体を形成して焼成することによって、高周波複合回路基板を形成するので、ストリップライン型共振器を絶縁層の積層方向に形成することができ、製品の薄型化と高い回路Ｑ値を得ることができる高周波複合回路基板を容易に形成できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の高周波複合回路基板を図面を用いて詳細に説明する。
図１および図２は本発明の高周波複合回路基板を示すものであり、符号１は絶縁基体を示している。この絶縁基体１は誘電体としての機能を有するものである。
【００１３】
この絶縁基体１の側壁部には、入出力端子、電源端子、グランド端子等の端面電極２が形成されている。この端面電極２はリード端子として形成しても良い。この絶縁基体１の表面には表面電極３が形成されており、この表面電極３には厚膜抵抗体４、抵抗器、コンデンサ等のチップ部品６が接続されている。さらに、絶縁基体１には凹状のキャビティ部Ｃが形成され、このキャビティ部Ｃには半導体ベアチップ７が配置され、この半導体ベアチップ７はワイヤＷを介して表面電極３に接続されている。
【００１４】
絶縁基体１は、図２に示すように、セラミックなどから成る絶縁層１０ａ〜１０ｈを複数積層して構成され、また、その内部には内部配線１１やビアホール導体１３、ストリップライン１７ｂ、アース電極１７ａ、１７ｃが形成されている。このストリップライン１７ｂとアース電極１７ａ、１７ｃでストリップライン型共振器Ｘが形成され、内部配線１１やビアホール導体１３と半導体ベアチップ７などにより、ミキサ部Ｙが形成される。
【００１５】
このうち、アース電極１７ａ、１７ｃはグランド（不図示）に接続され、ストリップライン１７ｂの一端はグランドに接続され、他端が信号の入出力部となる。ストリップライン１７ｂは絶縁基体１の表面部に導出されたり、内蔵された他の回路に接続される。一方、アース電極１７ａ、１７ｃは、ストリップライン１７ｂのシールド的な役割を果たすとともに、ストリップライン１７ｂとの間隔を調整することにより、特性インピーダンス値の制御が可能となり、回路Ｑ値を高くできる。
【００１６】
絶縁層１０ａ〜１０ｈは、セラミックまたはガラスセラミックから成るものである。絶縁層１０ａ〜１０ｈの厚みは、４０〜１５０μｍとされる。このような複数の絶縁層１０ａ〜１０ｈ間に形成されている内部配線１１は、金系、銀系、銅系の金属材料などから成る。
【００１７】
また、絶縁層１０ａ〜１０ｈ間の内部配線１１は、絶縁層１０ａ〜１０ｈの厚み方向に形成されたビアホール導体１３によって接続されているものもあれば、容量結合などで分布定数的に接続されているものもある。このビアホール導体１３も内部配線１１と同様に金系、銀系、銅系の金属材料から成る。
【００１８】
そして、絶縁基体１には、絶縁層１０ａ〜１０ｈの積層方向にストリップライン型共振器１７（１７ａ〜１７ｃ）が形成されている。このストリップライン型共振器１７（１７ａ〜１７ｃ）は、ビアホール導体１３と同様に金系、銀系、銅系の金属材料などから成る。このストリップライン型共振器１７（１７ａ〜１７ｃ）は、図２に示すように、絶縁層１０の積層方向に形成するため、絶縁基体１の厚みとは無関係にストリップライン１７ｂとアース電極１７ａ、１７ｃ間の距離を大きくすることができ、回路Ｑ値の向上が図れる。
【００１９】
次に、請求項２に係る高周波複合回路基板の製造方法を図３および図４に基づいて説明する。
【００２０】
先ず、セラミックなどのスリップ材を作成する。スリップ材は、例えばセラミック原料粉末と、光硬化可能なモノマー、例えばポリオキシエチル化トリメチロールプロパントリアクリレートと、有機バインダ、例えばアルキルメタクリレートと、可塑剤とを、有機溶剤、例えばエチルカルビトールアセテートに混合し、ボールミルで約４８時間混練して作製される。セラミック原料粉末としては、金属元素として少なくともＭｇ、Ｔｉ、Ｃａを含有する複合酸化物であって、その金属元素酸化物による組成式を（１−ｘ）ＭｇＴｉＯ３ −ｘＣａＴｉＯ３ （但し、式中ｘは重量比を表し、０．０１≦ｘ≦０．１５）で表される主成分１００重量部に対して、硼素含有化合物をＢ２ Ｏ３ 換算で３〜３０重量部、アルカリ金属含有化合物をアルカリ金属炭酸塩換算で１〜２５重量部添加含有して成るものが用いられる。
【００２１】
なお、この実施例では溶剤系スリップ材を作成しているが、親水性の官能基を付加した光硬化可能なモノマー、例えば多官能基メタクリレートモノマー、有機バインダ、例えばカルボキシル変性アルキルメタクリレートを用いて、イオン交換水で混練した水系スリップ材を作成してもよい。
【００２２】
また、ビアホール導体１３、内部配線１１およびストリップライン型共振器１７となる導電性ペーストを作成する。導電性ペーストは、低融点で且つ低抵抗の金属材料である例えば銀粉末と、硼珪酸系低融点ガラス、例えばＢ２ Ｏ３ −ＳｉＯ２ −ＢａＯガラス、ＣａＯ−Ｂ２ Ｏ３ −ＳｉＯ２ ガラス、ＣａＯ−Ａｌ２ Ｏ３ −Ｂ２ Ｏ３ −ＳｉＯ２ ガラスと、有機バインダ、例えばエチルセルロースとを、有機溶剤、例えば２、２、４−トリメチル−１、３−ペンタジオールモノイソブチレートに混合し、３本ローラーにより均質混練して作成される。
【００２３】
次に、図３（ａ）に示すように、まず、支持基板３３上にスリップ材をドクターブレード法によって塗布して乾燥することにより、図２中の絶縁層１０ｈとなる絶縁層成形体３５ｈを形成する。支持基板３３としてはマイラーフィルムなどを用いることができる。この支持基板３３は焼成工程前に取り外される。塗布後の乾燥条件は６０〜８０℃で２０分乾燥であり、薄層化して乾燥された絶縁層成形体３５ｈの厚みは４０μｍ程度である。
【００２４】
この絶縁層成形体３５ｈ上に、図２中の内部配線１１ａとなる内部配線パターンを印刷して乾燥する。具体的には、図３（ｂ）に示すように、導電性ペーストをスクリーン印刷することにより、内部配線パターン３６ａが形成される。
【００２５】
次に、下から２層目となる絶縁層１０ｇを形成する。具体的には、図３（ｃ）に示すように、絶縁層成形体３５ｈ上の内部配線パターン３６ａを全て被覆するように、セラミックのスリップ材を塗布して絶縁層１０ｇとなる絶縁層成形体３５ｇを形成する。
【００２６】
この後、絶縁層成形体３５ｇにストリップライン型共振器用貫通溝およびビアホール用貫通孔を形成する。ストリップライン型共振器用貫通溝およびビアホール用貫通孔は、露光処理、現像（エッチング）処理、洗浄・乾燥処理により形成される。なお、ストリップライン型共振器やビアホール導体の形成が不要な絶縁層については、このような貫通溝と貫通孔の形成や、それに続く導電性ペーストの充填工程は省略される。
【００２７】
露光処理は、図３（ｄ）に示すように、絶縁層成形体３５ｇ上にストリップライン型共振器用貫通溝およびビアホール用貫通孔が形成される領域が遮光されるようなフォトターゲット３７を載置して、超高圧水銀灯（１０ｍＷ／ｃｍ２ ）を光源として用いて露光する。これにより、貫通溝と貫通孔以外の領域では、スリップ材中の光硬化可能なモノマーが光重合反応を起こす。従って、貫通溝や貫通孔部分のみが現像処理によって除去可能な溶化部となる。なお、実際には、フォトターゲット３７を絶縁層成形体に接触させて露光した方が露光精度は向上する。また、最適露光時間は絶縁層成形体の厚み、ストリップライン型共振器用貫通溝の幅、ビアホール用貫通孔の直径などで決まる。露光装置は所謂写真製版技術に用いられる一般的なものでよい。なお、４０μｍ程度の絶縁層成形体３５ｇは、超高圧水銀灯（１０ｍＷ／ｃｍ２ ）を５〜１０秒程度照射すれば露光を行うことができる。
【００２８】
現像処理は、フォトターゲット３７を除去した後、絶縁層成形体３５ｇの溶化部をスプレー現像法やパドル現像法などによって、ストリップ材を現像液で部分的に除去するもので、具体的には１、１、１−トリクロロエタンを用いてスプレー法などで現像する。その後、必要に応じて洗浄および乾燥を行ない、図３（ｅ）に示すように、ストリップライン型共振器１７のアース電極１７ａ、１７ｃ用の貫通溝３８を形成する。
【００２９】
次に、ストリップライン型共振器１７のアース電極１７ａ、１７ｃ用の貫通溝３８に導電性ペーストを充填することにより、ストリップライン型共振器のアース電極１７ａ、１７ｃとなる導体部材を形成する。貫通溝３８に相当する部位のみに印刷可能なスクリーンを用いたスクリーン印刷法によってストリップライン型共振器１７のアース電極１７ａ、１７ｂとなる導体部材を形成した後、５０℃で１０分間乾燥する。
【００３０】
この絶縁層成形体３５ｇにアース電極１７ａ、１７ｃ用の導電部材を形成する方法と同様に、図３（ｆ）に示すように、絶縁層成形体３５ｆにアース電極１７ａ、１７ｃ用の導電部材を形成する。
【００３１】
次に、絶縁層成形体３５ｆの表面に、導電性ペーストを用いて内部配線１１となるパターンを印刷する。印刷方法は、例えばスクリーン印刷方法で行なう。具体的には、図３（ｆ）に示すように、図２の絶縁層１０ｆと絶縁層１０ｅとの間に配置される内部配線１１を、図３（ｆ）に示す絶縁層成形体３５ｈ上に形成した内部配線パターン３６ａと同様のスクリーン印刷法にて形成して乾燥することにより、内部配線パターン３６を形成する。
【００３２】
そして、絶縁層用スリップ材の塗布工程と乾燥工程を繰り返し、図４に示すような８層の絶縁層成形体（３５ａ〜３５ｈ）を有する積層成形体４１を形成する。
【００３３】
この後、表面電極３となる導体膜４０を最上層の絶縁層成形体３５ａの表面に印刷して形成する。これは、各絶縁層成形体３５ａ〜３５ｈ、内部配線１１となる配線パターン３６、ビアホール導体１３およびストリップライン型共振器となる導体部材１７ａ〜１７ｃの一括焼成時に、表面電極３となる導体膜をも一括的に焼成しようとするものである。
【００３４】
次に、必要に応じて、積層成形体４１の形状をプレスで整えたり、分割溝を形成したり、支持基板３３を取り外す。
【００３５】
次に、焼成を行う。焼成は、脱バインダー工程と、本焼成工程から成る。脱バインダー工程は、概ね６００℃以下の温度領域であり、絶縁層成形体３５ａ〜３５ｈおよび内部配線パターン３６、導体部材に含まれている有機バインダ、光硬化可能なモノマーを消失する過程であり、本焼成工程は、ピーク温度８５０〜１０５０℃、例えばピーク温度９００℃で３０分焼成する。
【００３６】
これにより、図２に示したように、８層の絶縁層１０ａ〜１０ｈからなる絶縁基体１内に、ストリップライン型共振器１７（１７ａ〜１７ｃ）、内部配線１１、ビアホール導体１３が形成され、さらに表面電極３が形成された高周波複合回路基板が得られる。
【００３７】
その後、表面処理として、図１に示すような、厚膜抵抗体４や厚膜保護膜の印刷、焼きつけ、メッキ処理、さらに半導体ベアチップ７やチップ部品６の接合を行う。
【００３８】
なお、図１においては、絶縁基体１の上面側のみに表面電極３、厚膜抵抗体４、チップ部品６が形成されているが、絶縁基体１の下面側にも形成してもよい。このときの高周波複合回路基板の製造方法としては、絶縁層成形体３５ｈを塗布したときに、下面側に延びるビアホール導体を形成するために、露光処理と現像処理を行う必要がある。
【００３９】
また、表面電極３は、絶縁層１０ａ〜１０ｈの焼成された積層体の表面に印刷して、所定雰囲気で焼きつけを行っても構わない。例えば内部配線１１に銀系導体を用い、表面電極３として銅系導体を用いる場合、絶縁層成形体３５ａ〜３５ｈと内部配線１１の配線パターンから成る積層成形体を酸化性雰囲気又は中性雰囲気で焼成し、焼成された積層体の表面に銅系導体を印刷し、中性雰囲気又は還元性雰囲気において７８０℃（ＡｇとＣｕの共晶点）以下の温度で焼成する。
【００４０】
また、支持基板３３としてアルミナセラミック基板を用いた場合には、焼成前に取り外すことなく、多層セラミック回路基板の下部層としてそのまま残存させても構わない。この場合、支持基板３３であるアルミナセラミック基板にビアホール導体や内部配線パターンを予め形成しても良い。
【００４１】
上述の実施例では、内部配線１１として、金系、銀系、銅系の低融点金属材料を用いた低温焼成複合回路基板で説明したが、内部配線１１としてタングステン、モリブデンなどの高融点金属材料を用いた１３００℃前後で焼成される複合回路基板であっても構わない。
【００４２】
【実施例】
図２に示すような、ストリップライン１７ｂを平行に配置された二つのアース電極１７ａ、１７ｂから等距離の位置に形成し、この二つのアース電極１７ａ、１７ｃ間の間隔を種々変更して９００ＭＨｚ時のＱ値を測定した。なお、ストリップライン１７ｂの線幅は０．５ｍｍで、絶縁層１０ａ〜１０ｈは、εｒ（誘電率）＝１９、Ｑ〔２ＧＨｚ〕＝８０００である。
【００４３】
その結果、アース電極１７ａ、１７ｃの間隔が１ｍｍのときは、Ｑ＝１０５、１．２ｍｍのときは、Ｑ＝１１０、１．５ｍｍのときは、Ｑ＝１２５、２ｍｍのときは、Ｑ＝１４０、３ｍｍのときは、Ｑ＝１７１、４ｍｍのときは、Ｑ＝１９８であった。
【００４４】
このことから、ストリップライン１７ｂとアース電極１７ａ、１７ｃを絶縁層１０ａ〜１０ｈの積層方向に形成すると、アース電極１７ａ、１７ｃの間隔を広くとることができ、回路Ｑ値も高いことがわかった。
【００４５】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、絶縁層の積層方向にストリップライン型共振器を形成することにより、複合回路基板を薄層化したままでストリップラインとアース電極間の距離を大きくすることができ、もって回路Ｑ値の高いストリップライン型共振器を内蔵した高周波複合回路基板を得ることができる。
【００４６】
また、請求項２に係る発明によれば、光硬化可能なモノマーを含有するスリップ材で絶縁層成形体を作成し、露光処理と現像（エッチング）処理を施して導電性ペーストを充填もしくは塗布することを繰り返して積層体を形成して焼成することによって、高周波複合回路基板を作製するので、絶縁層の積層方向にストリップライン型共振器を容易に形成することができ、製品の薄型化と高い回路Ｑ値を得ることができる。
【００４７】
特に、ビアホール導体となる貫通孔がフォトターゲットを用いて、露光と現像処理によって作成されるために、フォトターゲットのパターンによって複数種類の径の貫通孔を任意に形成することができる。これは、例えば多層セラミック回路基板中にアース導体の内部配線を用いる場合、導電率を考慮して孔径を任意に設定できるため、極めて有益である。
【００４８】
また、従来の製造方法、すなわち、金型やＮＣパンチの打ち抜きや、スリップ材の印刷パターンによる接続では得ることができない径、例えば８０μｍでさらに相対位置精度の高い貫通孔の形成が可能であるため、高密度の内部配線パターンを有する多層セラミック回路基板を容易に製造できる。
【００４９】
さらに、絶縁層となるスリップ材の塗布により絶縁層成形体が形成されるため、絶縁層成形体の表面が内部配線の配線パターンの積層状態にかかわらず常に平面状態が維持でき、絶縁層成形体上に配線パターンを形成するにあたって、非常に精度が高くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１に係る高周波複合回路基板の斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線における断面図である。
【図３】請求項２に係る高周波複合回路基板の製造方法を説明する工程図である。
【図４】請求項２に係る高周波複合回路基板の製造方法における積層成形体を示す断面図である。
【符号の説明】
１・・・絶縁基体、２・・・端面電極、３・・・表面電極、４・・・厚膜抵抗体、６・・・チップ部品、７・・・半導体ベアチップ、１０ａ〜１０ｈ・・・絶縁層、１１・・・内部配線、１３・・・ビアホール導体、１７・・・ストリップライン型共振器、３５ａ〜３５ｈ・・・絶縁層成形体、３６・・・内部配線パターン、３７・・・フォトターゲット、４１・・・積層成形体、Ｘ、Ｙ・・・回路機能
【発明の属する技術分野】
本発明は高周波複合回路基板およびその製造方法に関し、例えば電圧制御発振器（ＶＣＯ）、ミキサ部、フィルター素子、発振子、コイル、コンデンサ等の複数の回路機能が内部に形成された高周波複合回路基板およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
近年、電子機器は小型軽量化が進んでおり、それに用いられる回路基板もその動向に呼応する形で、小型軽量化、薄型化、表面実装化、複合化が進められている。特に、携帯通信等の高周波を利用した通信機器においては、セラミックスの優れた誘電特性等と多層化技術から、セラミック回路基板が従来から多用されており、近年では小型薄型化が進められている。
【０００３】
しかしながら、絶縁層が複数積層して形成された高周波回路基板において、その内部にストリップライン型共振器を形成しようとした場合、その基板の薄層化の要求によって、基板厚みが制限され、回路Ｑを高くするのに限界が生じるという問題があった。
【０００４】
また、従来の高周波複合回路基板は、セラミックやガラスセラミックなどの原料を含有するグリーンシートを作成して、このグリーンシートにビアホール導体となる位置にＮＣパンチや金型などでビアホール用貫通孔を形成し、次に内部配線パターンに応じてグリーンシート上に導電性ペーストを印刷すると共に、ビアホールに導電性ペーストを充填し、次にこれらグリーンシートを複数積層して、この積層成形体と導電性ペーストを一括して同時に焼成する、いわゆるグリーンシート積層方式によって形成していた。
【０００５】
しかしながら、このグリーンシート積層方式による製造方法では、グリーンシートの積層方向に電極を形成しようとすると、絶縁層となるグリーンシートを作成した後に、ＮＣパンチや金型などで電極用貫通溝を形成しなければならず、グリーンシートを次工程以降で取り扱うことが困難であるという問題があった。
【０００６】
本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、その目的は、回路基板の薄型化にともなって回路Ｑ値を高くするのに限界が生じるという従来技術の問題点を解消した高周波複合回路基板を提供することを目的とする。
【０００７】
また、複数のセラミック絶縁層の積層方向に電極用貫通溝を形成しにくいという従来方法の問題点を解消した高周波複合回路基板の製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る高周波複合回路基板では、セラミックまたはガラスセラミックから成る絶縁層を複数積層して成る絶縁基体内に一対のアース電極を平行に設け、このアース電極間にストリップラインを設けてストリップライン型共振器を形成した高周波複合回路基板において、前記アース電極とストリップラインの幅を前記絶縁層の積層方向に形成した。
【０００９】
また、請求項２に係る高周波複合回路基板の製造方法では、支持基板上に、セラミックまたはガラスセラミックから成る絶縁層材料、光硬化可能なモノマー、および有機バインダを含有するスリップ材を塗布して乾燥することによって絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層の一部を露光して除去する工程と、この除去部分に導電性ペーストを充填する工程とを繰り返すことによって、前記絶縁層の積層方向にストリップライン型共振器のストリップラインとアース電極となる導電性ペーストが連続して充填された積層成形体を形成した後に焼成する。
【００１０】
【作用】
請求項１に係る高周波複合回路基板によれば、絶縁層の積層方向に一対のアース電極とストリップラインとから成るストリップライン型共振器を形成することにより、複合回路基板を薄型化したままでストリップラインとアース電極間の距離を大きくすることができ、もって回路Ｑ値の高いストリップライン型共振器を内蔵する高周波複合回路基板を得ることができる。
【００１１】
また、請求項２に係る高周波複合回路の製造方法では、光硬化可能なモノマーを含有するスリップ材で絶縁層成形体を作成し、露光処理と現像（エッチング）処理を施して導電性ペーストを充填もしくは塗布することを繰り返して積層成形体を形成して焼成することによって、高周波複合回路基板を形成するので、ストリップライン型共振器を絶縁層の積層方向に形成することができ、製品の薄型化と高い回路Ｑ値を得ることができる高周波複合回路基板を容易に形成できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の高周波複合回路基板を図面を用いて詳細に説明する。
図１および図２は本発明の高周波複合回路基板を示すものであり、符号１は絶縁基体を示している。この絶縁基体１は誘電体としての機能を有するものである。
【００１３】
この絶縁基体１の側壁部には、入出力端子、電源端子、グランド端子等の端面電極２が形成されている。この端面電極２はリード端子として形成しても良い。この絶縁基体１の表面には表面電極３が形成されており、この表面電極３には厚膜抵抗体４、抵抗器、コンデンサ等のチップ部品６が接続されている。さらに、絶縁基体１には凹状のキャビティ部Ｃが形成され、このキャビティ部Ｃには半導体ベアチップ７が配置され、この半導体ベアチップ７はワイヤＷを介して表面電極３に接続されている。
【００１４】
絶縁基体１は、図２に示すように、セラミックなどから成る絶縁層１０ａ〜１０ｈを複数積層して構成され、また、その内部には内部配線１１やビアホール導体１３、ストリップライン１７ｂ、アース電極１７ａ、１７ｃが形成されている。このストリップライン１７ｂとアース電極１７ａ、１７ｃでストリップライン型共振器Ｘが形成され、内部配線１１やビアホール導体１３と半導体ベアチップ７などにより、ミキサ部Ｙが形成される。
【００１５】
このうち、アース電極１７ａ、１７ｃはグランド（不図示）に接続され、ストリップライン１７ｂの一端はグランドに接続され、他端が信号の入出力部となる。ストリップライン１７ｂは絶縁基体１の表面部に導出されたり、内蔵された他の回路に接続される。一方、アース電極１７ａ、１７ｃは、ストリップライン１７ｂのシールド的な役割を果たすとともに、ストリップライン１７ｂとの間隔を調整することにより、特性インピーダンス値の制御が可能となり、回路Ｑ値を高くできる。
【００１６】
絶縁層１０ａ〜１０ｈは、セラミックまたはガラスセラミックから成るものである。絶縁層１０ａ〜１０ｈの厚みは、４０〜１５０μｍとされる。このような複数の絶縁層１０ａ〜１０ｈ間に形成されている内部配線１１は、金系、銀系、銅系の金属材料などから成る。
【００１７】
また、絶縁層１０ａ〜１０ｈ間の内部配線１１は、絶縁層１０ａ〜１０ｈの厚み方向に形成されたビアホール導体１３によって接続されているものもあれば、容量結合などで分布定数的に接続されているものもある。このビアホール導体１３も内部配線１１と同様に金系、銀系、銅系の金属材料から成る。
【００１８】
そして、絶縁基体１には、絶縁層１０ａ〜１０ｈの積層方向にストリップライン型共振器１７（１７ａ〜１７ｃ）が形成されている。このストリップライン型共振器１７（１７ａ〜１７ｃ）は、ビアホール導体１３と同様に金系、銀系、銅系の金属材料などから成る。このストリップライン型共振器１７（１７ａ〜１７ｃ）は、図２に示すように、絶縁層１０の積層方向に形成するため、絶縁基体１の厚みとは無関係にストリップライン１７ｂとアース電極１７ａ、１７ｃ間の距離を大きくすることができ、回路Ｑ値の向上が図れる。
【００１９】
次に、請求項２に係る高周波複合回路基板の製造方法を図３および図４に基づいて説明する。
【００２０】
先ず、セラミックなどのスリップ材を作成する。スリップ材は、例えばセラミック原料粉末と、光硬化可能なモノマー、例えばポリオキシエチル化トリメチロールプロパントリアクリレートと、有機バインダ、例えばアルキルメタクリレートと、可塑剤とを、有機溶剤、例えばエチルカルビトールアセテートに混合し、ボールミルで約４８時間混練して作製される。セラミック原料粉末としては、金属元素として少なくともＭｇ、Ｔｉ、Ｃａを含有する複合酸化物であって、その金属元素酸化物による組成式を（１−ｘ）ＭｇＴｉＯ３ −ｘＣａＴｉＯ３ （但し、式中ｘは重量比を表し、０．０１≦ｘ≦０．１５）で表される主成分１００重量部に対して、硼素含有化合物をＢ２ Ｏ３ 換算で３〜３０重量部、アルカリ金属含有化合物をアルカリ金属炭酸塩換算で１〜２５重量部添加含有して成るものが用いられる。
【００２１】
なお、この実施例では溶剤系スリップ材を作成しているが、親水性の官能基を付加した光硬化可能なモノマー、例えば多官能基メタクリレートモノマー、有機バインダ、例えばカルボキシル変性アルキルメタクリレートを用いて、イオン交換水で混練した水系スリップ材を作成してもよい。
【００２２】
また、ビアホール導体１３、内部配線１１およびストリップライン型共振器１７となる導電性ペーストを作成する。導電性ペーストは、低融点で且つ低抵抗の金属材料である例えば銀粉末と、硼珪酸系低融点ガラス、例えばＢ２ Ｏ３ −ＳｉＯ２ −ＢａＯガラス、ＣａＯ−Ｂ２ Ｏ３ −ＳｉＯ２ ガラス、ＣａＯ−Ａｌ２ Ｏ３ −Ｂ２ Ｏ３ −ＳｉＯ２ ガラスと、有機バインダ、例えばエチルセルロースとを、有機溶剤、例えば２、２、４−トリメチル−１、３−ペンタジオールモノイソブチレートに混合し、３本ローラーにより均質混練して作成される。
【００２３】
次に、図３（ａ）に示すように、まず、支持基板３３上にスリップ材をドクターブレード法によって塗布して乾燥することにより、図２中の絶縁層１０ｈとなる絶縁層成形体３５ｈを形成する。支持基板３３としてはマイラーフィルムなどを用いることができる。この支持基板３３は焼成工程前に取り外される。塗布後の乾燥条件は６０〜８０℃で２０分乾燥であり、薄層化して乾燥された絶縁層成形体３５ｈの厚みは４０μｍ程度である。
【００２４】
この絶縁層成形体３５ｈ上に、図２中の内部配線１１ａとなる内部配線パターンを印刷して乾燥する。具体的には、図３（ｂ）に示すように、導電性ペーストをスクリーン印刷することにより、内部配線パターン３６ａが形成される。
【００２５】
次に、下から２層目となる絶縁層１０ｇを形成する。具体的には、図３（ｃ）に示すように、絶縁層成形体３５ｈ上の内部配線パターン３６ａを全て被覆するように、セラミックのスリップ材を塗布して絶縁層１０ｇとなる絶縁層成形体３５ｇを形成する。
【００２６】
この後、絶縁層成形体３５ｇにストリップライン型共振器用貫通溝およびビアホール用貫通孔を形成する。ストリップライン型共振器用貫通溝およびビアホール用貫通孔は、露光処理、現像（エッチング）処理、洗浄・乾燥処理により形成される。なお、ストリップライン型共振器やビアホール導体の形成が不要な絶縁層については、このような貫通溝と貫通孔の形成や、それに続く導電性ペーストの充填工程は省略される。
【００２７】
露光処理は、図３（ｄ）に示すように、絶縁層成形体３５ｇ上にストリップライン型共振器用貫通溝およびビアホール用貫通孔が形成される領域が遮光されるようなフォトターゲット３７を載置して、超高圧水銀灯（１０ｍＷ／ｃｍ２ ）を光源として用いて露光する。これにより、貫通溝と貫通孔以外の領域では、スリップ材中の光硬化可能なモノマーが光重合反応を起こす。従って、貫通溝や貫通孔部分のみが現像処理によって除去可能な溶化部となる。なお、実際には、フォトターゲット３７を絶縁層成形体に接触させて露光した方が露光精度は向上する。また、最適露光時間は絶縁層成形体の厚み、ストリップライン型共振器用貫通溝の幅、ビアホール用貫通孔の直径などで決まる。露光装置は所謂写真製版技術に用いられる一般的なものでよい。なお、４０μｍ程度の絶縁層成形体３５ｇは、超高圧水銀灯（１０ｍＷ／ｃｍ２ ）を５〜１０秒程度照射すれば露光を行うことができる。
【００２８】
現像処理は、フォトターゲット３７を除去した後、絶縁層成形体３５ｇの溶化部をスプレー現像法やパドル現像法などによって、ストリップ材を現像液で部分的に除去するもので、具体的には１、１、１−トリクロロエタンを用いてスプレー法などで現像する。その後、必要に応じて洗浄および乾燥を行ない、図３（ｅ）に示すように、ストリップライン型共振器１７のアース電極１７ａ、１７ｃ用の貫通溝３８を形成する。
【００２９】
次に、ストリップライン型共振器１７のアース電極１７ａ、１７ｃ用の貫通溝３８に導電性ペーストを充填することにより、ストリップライン型共振器のアース電極１７ａ、１７ｃとなる導体部材を形成する。貫通溝３８に相当する部位のみに印刷可能なスクリーンを用いたスクリーン印刷法によってストリップライン型共振器１７のアース電極１７ａ、１７ｂとなる導体部材を形成した後、５０℃で１０分間乾燥する。
【００３０】
この絶縁層成形体３５ｇにアース電極１７ａ、１７ｃ用の導電部材を形成する方法と同様に、図３（ｆ）に示すように、絶縁層成形体３５ｆにアース電極１７ａ、１７ｃ用の導電部材を形成する。
【００３１】
次に、絶縁層成形体３５ｆの表面に、導電性ペーストを用いて内部配線１１となるパターンを印刷する。印刷方法は、例えばスクリーン印刷方法で行なう。具体的には、図３（ｆ）に示すように、図２の絶縁層１０ｆと絶縁層１０ｅとの間に配置される内部配線１１を、図３（ｆ）に示す絶縁層成形体３５ｈ上に形成した内部配線パターン３６ａと同様のスクリーン印刷法にて形成して乾燥することにより、内部配線パターン３６を形成する。
【００３２】
そして、絶縁層用スリップ材の塗布工程と乾燥工程を繰り返し、図４に示すような８層の絶縁層成形体（３５ａ〜３５ｈ）を有する積層成形体４１を形成する。
【００３３】
この後、表面電極３となる導体膜４０を最上層の絶縁層成形体３５ａの表面に印刷して形成する。これは、各絶縁層成形体３５ａ〜３５ｈ、内部配線１１となる配線パターン３６、ビアホール導体１３およびストリップライン型共振器となる導体部材１７ａ〜１７ｃの一括焼成時に、表面電極３となる導体膜をも一括的に焼成しようとするものである。
【００３４】
次に、必要に応じて、積層成形体４１の形状をプレスで整えたり、分割溝を形成したり、支持基板３３を取り外す。
【００３５】
次に、焼成を行う。焼成は、脱バインダー工程と、本焼成工程から成る。脱バインダー工程は、概ね６００℃以下の温度領域であり、絶縁層成形体３５ａ〜３５ｈおよび内部配線パターン３６、導体部材に含まれている有機バインダ、光硬化可能なモノマーを消失する過程であり、本焼成工程は、ピーク温度８５０〜１０５０℃、例えばピーク温度９００℃で３０分焼成する。
【００３６】
これにより、図２に示したように、８層の絶縁層１０ａ〜１０ｈからなる絶縁基体１内に、ストリップライン型共振器１７（１７ａ〜１７ｃ）、内部配線１１、ビアホール導体１３が形成され、さらに表面電極３が形成された高周波複合回路基板が得られる。
【００３７】
その後、表面処理として、図１に示すような、厚膜抵抗体４や厚膜保護膜の印刷、焼きつけ、メッキ処理、さらに半導体ベアチップ７やチップ部品６の接合を行う。
【００３８】
なお、図１においては、絶縁基体１の上面側のみに表面電極３、厚膜抵抗体４、チップ部品６が形成されているが、絶縁基体１の下面側にも形成してもよい。このときの高周波複合回路基板の製造方法としては、絶縁層成形体３５ｈを塗布したときに、下面側に延びるビアホール導体を形成するために、露光処理と現像処理を行う必要がある。
【００３９】
また、表面電極３は、絶縁層１０ａ〜１０ｈの焼成された積層体の表面に印刷して、所定雰囲気で焼きつけを行っても構わない。例えば内部配線１１に銀系導体を用い、表面電極３として銅系導体を用いる場合、絶縁層成形体３５ａ〜３５ｈと内部配線１１の配線パターンから成る積層成形体を酸化性雰囲気又は中性雰囲気で焼成し、焼成された積層体の表面に銅系導体を印刷し、中性雰囲気又は還元性雰囲気において７８０℃（ＡｇとＣｕの共晶点）以下の温度で焼成する。
【００４０】
また、支持基板３３としてアルミナセラミック基板を用いた場合には、焼成前に取り外すことなく、多層セラミック回路基板の下部層としてそのまま残存させても構わない。この場合、支持基板３３であるアルミナセラミック基板にビアホール導体や内部配線パターンを予め形成しても良い。
【００４１】
上述の実施例では、内部配線１１として、金系、銀系、銅系の低融点金属材料を用いた低温焼成複合回路基板で説明したが、内部配線１１としてタングステン、モリブデンなどの高融点金属材料を用いた１３００℃前後で焼成される複合回路基板であっても構わない。
【００４２】
【実施例】
図２に示すような、ストリップライン１７ｂを平行に配置された二つのアース電極１７ａ、１７ｂから等距離の位置に形成し、この二つのアース電極１７ａ、１７ｃ間の間隔を種々変更して９００ＭＨｚ時のＱ値を測定した。なお、ストリップライン１７ｂの線幅は０．５ｍｍで、絶縁層１０ａ〜１０ｈは、εｒ（誘電率）＝１９、Ｑ〔２ＧＨｚ〕＝８０００である。
【００４３】
その結果、アース電極１７ａ、１７ｃの間隔が１ｍｍのときは、Ｑ＝１０５、１．２ｍｍのときは、Ｑ＝１１０、１．５ｍｍのときは、Ｑ＝１２５、２ｍｍのときは、Ｑ＝１４０、３ｍｍのときは、Ｑ＝１７１、４ｍｍのときは、Ｑ＝１９８であった。
【００４４】
このことから、ストリップライン１７ｂとアース電極１７ａ、１７ｃを絶縁層１０ａ〜１０ｈの積層方向に形成すると、アース電極１７ａ、１７ｃの間隔を広くとることができ、回路Ｑ値も高いことがわかった。
【００４５】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、絶縁層の積層方向にストリップライン型共振器を形成することにより、複合回路基板を薄層化したままでストリップラインとアース電極間の距離を大きくすることができ、もって回路Ｑ値の高いストリップライン型共振器を内蔵した高周波複合回路基板を得ることができる。
【００４６】
また、請求項２に係る発明によれば、光硬化可能なモノマーを含有するスリップ材で絶縁層成形体を作成し、露光処理と現像（エッチング）処理を施して導電性ペーストを充填もしくは塗布することを繰り返して積層体を形成して焼成することによって、高周波複合回路基板を作製するので、絶縁層の積層方向にストリップライン型共振器を容易に形成することができ、製品の薄型化と高い回路Ｑ値を得ることができる。
【００４７】
特に、ビアホール導体となる貫通孔がフォトターゲットを用いて、露光と現像処理によって作成されるために、フォトターゲットのパターンによって複数種類の径の貫通孔を任意に形成することができる。これは、例えば多層セラミック回路基板中にアース導体の内部配線を用いる場合、導電率を考慮して孔径を任意に設定できるため、極めて有益である。
【００４８】
また、従来の製造方法、すなわち、金型やＮＣパンチの打ち抜きや、スリップ材の印刷パターンによる接続では得ることができない径、例えば８０μｍでさらに相対位置精度の高い貫通孔の形成が可能であるため、高密度の内部配線パターンを有する多層セラミック回路基板を容易に製造できる。
【００４９】
さらに、絶縁層となるスリップ材の塗布により絶縁層成形体が形成されるため、絶縁層成形体の表面が内部配線の配線パターンの積層状態にかかわらず常に平面状態が維持でき、絶縁層成形体上に配線パターンを形成するにあたって、非常に精度が高くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１に係る高周波複合回路基板の斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線における断面図である。
【図３】請求項２に係る高周波複合回路基板の製造方法を説明する工程図である。
【図４】請求項２に係る高周波複合回路基板の製造方法における積層成形体を示す断面図である。
【符号の説明】
１・・・絶縁基体、２・・・端面電極、３・・・表面電極、４・・・厚膜抵抗体、６・・・チップ部品、７・・・半導体ベアチップ、１０ａ〜１０ｈ・・・絶縁層、１１・・・内部配線、１３・・・ビアホール導体、１７・・・ストリップライン型共振器、３５ａ〜３５ｈ・・・絶縁層成形体、３６・・・内部配線パターン、３７・・・フォトターゲット、４１・・・積層成形体、Ｘ、Ｙ・・・回路機能
Claims (2)
- セラミックまたはガラスセラミックから成る絶縁層を複数積層して成る絶縁基体内に一対のアース電極を平行に設け、このアース電極間にストリップラインを設けてストリップライン型共振器を形成した高周波複合回路基板において、前記アース電極とストリップラインの幅を前記絶縁層の積層方向に形成したことを特徴とする高周波複合回路基板。
- 支持基板上に、セラミックまたはガラスセラミックから成る絶縁層材料、光硬化可能なモノマー、および有機バインダを含有するスリップ材を塗布して乾燥することによって絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層の一部を露光して除去する工程と、この除去部分に導電性ペーストを充填する工程とを繰り返すことによって、前記絶縁層の積層方向にストリップライン型共振器のストリップラインとアース電極となる導電性ペーストが連続して充填された積層成形体を形成した後に焼成する高周波複合回路基板の製造方法。
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