JP4038169B2

JP4038169B2 - 誘電体共振器の製造方法

Info

Publication number: JP4038169B2
Application number: JP2003387565A
Authority: JP
Inventors: 良和宮嶋; 善明阪井
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2003-11-18
Filing date: 2003-11-18
Publication date: 2008-01-23
Anticipated expiration: 2023-11-18
Also published as: JP2005151277A

Description

本発明は、たとえば移動体通信基地局のフィルタ類に用いられる誘電体共振器の製造方法に関するものである。特に、共振器本体が支持台に接着剤で固定された誘電体共振器の製造方法に関する。

近年、携帯電話やＰＨＳといった移動体通信の急速な普及や、衛星放送や衛星通信等のマイクロ波を利用した通信の利用の拡大に伴い、誘電体共振器の需要が増大している。たとえば下記特許文献１に記載されているように、移動体通信基地局用のフィルタ類には、金属筐体内に誘電体共振器を収容したものが使用されている。金属筐体の中央に低誘電率の支持台を介して共振器本体を取り付けるため寸法は大きくなるが、共振器本体と金属筐体とが離れているため導体損失が小さくなり無負荷Ｑを大きくできる。

こうした誘電体共振器には、（１）比誘電率ができる限り大きいこと、（２）マイクロ波領域での損失が小さいこと、つまりＱ値が大きいこと（３）共振周波数の温度依存性が小さいこと、などの特性が要求される。支持台は、アルミナ等の低誘電率セラミックで構成することができ、共振器本体の底面に接着剤で固定されている。
特開２００３−２７３６１４号公報特開２００３−１３３８１９号公報

共振器本体と支持台とのいずれかの接着面に接着剤を塗布する方法としては、マスクを用いた印刷法が一般的である。しかしながら、印刷法を採用した場合であっても、接着剤の量を精度よくコントロールすることは難しく、設計値を満足しないほどＱ値が低下する場合がある。

たとえば、上記特許文献２には、接着剤の塗布厚さを制限することによって、接着強度を保ちつつｆ_０バラつき、ひいてはＱ値の低下を抑える技術が開示されている。この技術は、マスクを用いた印刷法とは異なり、別途の生産設備が必要となる。生産性にも疑問が残る。マスクを用いた印刷法は生産性が高く、可能な限りこれを継続して採用したい。

本発明の目的は、支持台一体型の誘電体共振器において、接着剤の量を精度よくコントロールして、共振器本体と支持台との接着強度の低下を抑制しつつ設計値からズレの小さいＱ値を得ることにある。

課題を解決するための手段および発明の効果

上記課題を解決するために本発明は、円柱状または円筒状の共振器本体と、該共振器本体と同軸状に配置された支持台とを有し、それら共振器本体と支持台とが接着剤で固定された誘電体共振器の製造方法において、共振器本体または支持台の接着面に接着剤をマスクを用いた印刷法により配置する印刷工程を備え、接着面に配置された接着剤が、（ａ）共振器本体および前記支持台に共通する中心軸周りの第１円軌道上に、中心軸に対して等角度間隔で配置された複数の第１接着剤印刷スポットと、（ｂ）第１円軌道よりも中心軸から離れた第２円軌道上に、隣り合う第１接着剤印刷スポット同士の間に対応して位置するように等角度間隔で配置された複数の第２接着剤印刷スポットと、を含んで構成されるように印刷工程を行なうことを特徴とする。

他の１つの視点からみた本発明は、円柱状または円筒状の共振器本体と、該共振器本体と同軸状に配置された支持台とを有し、それら共振器本体と支持台とが接着剤で固定された誘電体共振器の製造方法において、共振器本体または支持台の接着面に前記接着剤をマスクを用いた印刷法により配置する印刷工程を備え、接着剤が接着剤印刷スポットとして前記接着面上に互いに分離し、かつ共振器本体および支持台に共通する中心軸周りに交互に配置されるとともに、中心軸から近い位置に第１接着剤印刷スポット、中心軸から遠い位置に第２接着剤印刷スポットがそれぞれ配置されるように印刷工程を行なうことを特徴とする。

本発明者らは、印刷法により接着面に配置した接着剤の質量を測り、接着剤の量が大きくバラついていることを確認した。これは、印刷によって配置された接着剤であっても、その中央部がやや凹んだ形になったりすることが原因であると考えられる。そこで、接着剤を接着剤印刷スポットとして分散形態（海島形態）で配置（印刷）するようにした。これにより、接着面に配置した接着剤の総質量を比較的容易にコントロールできるようになり、設計値からズレの小さいＱ値を実現できる。また、第１接着剤印刷スポットと第２接着剤印刷スポットとは、互いの間を縫うように形成されているので、共振器本体と支持台とを固定するときに接着剤が接着面に満遍なく拡がることを期待できる。したがって、接着剤の量を制限しつつも接着強度を充分保てる。

具体的に、上記した第１接着剤印刷スポットと第２接着剤印刷スポットとは、同一形状かつ同数の接着剤印刷スポットより構成することができる。こうすることにより、接着剤の印刷量をコントロールすることがより容易になる。なお、これら第１接着剤印刷スポットと第２接着剤印刷スポットとは、印刷形成後に印刷面上に濡れ広がることによって、スポット同士が事後的に繋がることになってもよい。印刷時に各スポットが接着剤印刷スポットとして分散形態（海島形態）で配置（印刷）できていれば、接着面に配置した接着剤の総質量はコントロールできているからである。

具体的に、使用する接着剤としてはエポキシ系接着剤が強度、コスト面等において有利である。その場合、接着面に配置した接着剤の量は５ｍｇ／ｃｍ^２以上１８ｍｇ／ｃｍ^２以下とすることが好ましく、その目的達成のために、接着剤印刷スポットの面積および接着剤印刷スポットを印刷形成するためのマスクの厚さを調整することができる。接着剤の量が少なすぎると、共振器本体と支持台との接着強度が不足する恐れがある。他方、接着剤の量が多すぎると、Ｑ値の大きな低下を招くのでこのましくない。

以下、添付の図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の方法によって製造される支持台一体型の誘電体共振器１の側面図である。誘電体共振器１は、円筒状の共振器本体２と、支持台３とを備えている。支持台３は、共振器本体２よりも小径の円筒形態を有し、共振器本体２の下面に同軸状（中心軸Ｏが互いに一致）に配置されている。共振器本体２と支持台３とは、接着剤により固定されている。

共振器本体２は、チタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、ジルコン酸カルシウム、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛系などの誘電体セラミックで構成されるものである。

支持台３は、共振器本体２よりも低い誘電率を有する低誘電率材料によって構成されている。こうすることにより、支持台３が共振器本体２の周囲に分布する電磁界に及ぼす影響を小さくすることができる。具体的には、サファイヤ、アルミナ、コージライト等の低誘電率セラミックで構成することができる。

上記のような誘電体共振器１は、ステンレス、アルミニウムなどの金属材料や、表面に銅箔などの金属箔で被覆したプラスチックなどの絶縁材料で構成された筐体に収容して使用される。筐体の内壁には、入力結合用の導体ループと、出力結合用の導体ループとが、共振器本体２の外周面に対向するように設けられる。このような装置においては、電磁波のエネルギーが入力結合用の導体ループから放射される磁界を介して共振器本体２に伝送される。すると、共振器本体２がＴＥ０１δモードで共振して、共振エネルギーが出力結合用の導体ループから筐体外部に伝送される。すなわち、共振器本体２の共振周波数のみが通過する帯域通過フィルタとして動作する。

誘電体共振器１は、以下のようにして製造することができる。まず、原料粉末の調製、成形、焼成、研磨などの工程を行ない、共振器本体２を作製する。同様にして、支持台３を作製する。次に、共振器本体２と支持台３とを接着剤で固定する。接着剤は、共振器本体２と支持台３の一方または両方に塗布することができる。本実施形態においては、支持台３に接着剤を塗布するようにしている。接着剤の種類としては、エポキシ系またはシリコン系の熱硬化型接着剤を使用することができる。エポキシ系の接着剤は、接着強度および経済性の面においてシリコン系の接着剤よりも優れている。シリコン系の接着剤は、電気特性の面においてエポキシ系の接着剤よりも優れている。

図２の断面図に示すように、支持台３は、中心軸Ｏを円の中心とした丸枠状の接着面３ｐを有している。この接着面３ｐに接着剤を精度よく配置するために、メタルマスクを用いた印刷法を採用することができる。さらに本実施形態では、図３に示すような分散形態で接着剤５，６が配置されるように印刷工程をおこなっている。これによれば、接着剤の量をいっそう精度よくコントロールできる。以下、分散形態で印刷された接着剤５，６を、接着剤印刷スポット５，６ともいう。

接着面３ｐに配置された接着剤印刷スポット５，６は、中心軸Ｏから近いところに位置する複数の第１接着剤印刷スポット５と、中心軸Ｏから遠いところに位置する複数の第２接着剤印刷スポット６とで構成される。接着剤印刷スポット５，６の１つ１つは互いに分離されており、中心軸Ｏ周りに交互に配置されている。具体的には、第１接着剤印刷スポット５は、第１円軌道Ｒ_１上に連なる形で配置され、第２接着剤印刷スポット６は、上記の第１円軌道Ｒ_１よりも中心軸Ｏから遠い第２円軌道Ｒ_２上に連なる形で配置されている。隣り合う接着剤印刷スポット５，５は、中心軸Ｏに対して一定の角度２θを保ち、第１接着剤印刷スポット５のグループを形成している。同様に、隣り合う接着剤印刷スポット６，６は、中心軸Ｏに対して一定の角度２θを保ち、第１接着剤印刷スポット６のグループを形成している。

第２接着剤印刷スポット６の各々は、隣り合う第１接着剤印刷スポット５，５同士の間を縫うように配置されている。そのため、本実施形態では、第１接着剤印刷スポット５と、第２接着剤印刷スポット６とが同数になっている。また、各接着剤印刷スポット５，６は、互いに同一形状であり、さらに本実施形態においては円状としている。このようにすると、スポット径の調整のみで、接着剤の印刷量の調整ができるので、印刷パターンをいちいち変更する必要がなくなり、マスク設計の時間短縮に寄与する。また、接着剤印刷スポット５，６を円状とすることにより、メタルマスクの印刷パターンへの接着剤の充填性が良好となり、印刷量のバラつきを小さくする効果が増す。なお、接着剤印刷スポットは、多角形状としたり、楕円形としたりすることも可能である。

エポキシ系の接着剤を用いる場合、接着面３ｐに印刷塗布する接着剤の量は、５ｍｇ／ｃｍ^２以上１８ｍｇ／ｃｍ^２以下であることが望ましい。ただし、接着強度を充分に確保する観点から、接着面３ｐの面積が１ｃｍ^２以上５ｃｍ^２以下の場合に、上記の範囲となるように接着剤印刷スポット５，６の面積および接着剤印刷スポットを印刷形成するためのマスクの厚さを調整することが好ましい。

実験例

本発明の効果を確かめるために、以下の実験を行なった。まず、アルミナセラミック製の支持台３を複数作製した。これら支持台３の接着面３ｐ（面積１ｃｍ^２）に、メタルマスクを用いて図３に示す形態でエポキシ系接着剤を印刷し、各支持台３について、印刷された接着剤の質量を計測するとともに、標準偏差σを算出した。一方、比較のため、図４に示すパターンを以って接着面３ｐに接着剤を印刷したサンプルを複数作製し、これらについて印刷された接着剤の質量を計測し、標準偏差σを算出した。結果を図５のグラフに示す。このグラフに示すごとく、本発明によれば、接着剤の質量を５ｇ／ｃｍ^２以上とするときに、接着剤の質量のバラつきを小さくできることが分かる。

次に、厚さを異ならせたメタルマスクを用いて、図３に示す形態でエポキシ系接着剤を支持台３の接着面３ｐに印刷し、これらを別途作製した共振器本体２に固着し、誘電体共振器１を得た。共振器本体２は、チタン酸カルシウム系セラミック（誘電率約４５）にて構成した。これら誘電体共振器１を金属筐体の中央部に設置し、ネットワークアナライザーによりＱ値を測定した。設計規格上のＱ値は１８４５０以上（１〜５ＧＨｚ）である。測定結果より、接着剤の印刷量が１８ｍｇ／ｃｍ^２以下の製品のＱ値は、設計規格を充分に上回るという知見を得た。

誘電体共振器の側面図。支持台の断面図。接着面に印刷された接着剤の上面模式図。比較品の印刷パターンを示す模式図。接着面に印刷された接着剤の質量の計測結果を示すグラフ。

符号の説明

１誘電体共振器
２共振器本体
３支持台
３ｐ接着面
５，６接着剤印刷スポット
Ｏ中心軸
Ｒ_１第１円軌道
Ｒ_２第２円軌道

Claims

円柱状または円筒状の共振器本体と、該共振器本体と同軸状に配置された支持台とを有し、それら共振器本体と支持台とが接着剤で固定された誘電体共振器の製造方法において、前記共振器本体または前記支持台の接着面に前記接着剤をマスクを用いた印刷法により配置する印刷工程を備え、前記接着面に配置された前記接着剤が、（ａ）前記共振器本体および前記支持台に共通する中心軸周りの第１円軌道上に、前記中心軸に対して等角度間隔で配置された複数の第１接着剤印刷スポットと、（ｂ）前記第１円軌道よりも前記中心軸から離れた第２円軌道上に、隣り合う前記第１接着剤印刷スポット同士の間に対応して位置するように等角度間隔で配置された複数の第２接着剤印刷スポットと、を含んで構成されるように前記印刷工程を行なうことを特徴とする誘電体共振器の製造方法。
前記第１接着剤印刷スポットと前記第２接着剤印刷スポットとは、同一形状かつ同数の接着剤印刷スポットより構成されることを特徴とする請求項１記載の誘電体共振器の製造方法。
円柱状または円筒状の共振器本体と、該共振器本体と同軸状に配置された支持台とを有し、それら共振器本体と支持台とが接着剤で固定された誘電体共振器の製造方法において、前記共振器本体または前記支持台の接着面に前記接着剤をマスクを用いた印刷法により配置する印刷工程を備え、前記接着剤が接着剤印刷スポットとして前記接着面上に互いに分離し、かつ前記共振器本体および前記支持台に共通する中心軸周りに交互に配置されるとともに、前記中心軸から近い位置に第１接着剤印刷スポット、前記中心軸から遠い位置に第２接着剤印刷スポットがそれぞれ配置されるように前記印刷工程を行なうことを特徴とする誘電体共振器の製造方法。
前記接着剤としてエポキシ系接着剤を用いるとともに、前記接着面に配置した前記接着剤の総量が５ｍｇ／ｃｍ^２以上１８ｍｇ／ｃｍ^２以下となるように、前記接着剤印刷スポットの面積および前記接着剤印刷スポットを印刷形成するための前記マスクの厚さを調整することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の誘電体共振器の製造方法。
前記マスクは、複数の円状の開口部を有する印刷パターンに形成されており、前記マスクの一つ一つの開口部に対応するように、前記接着剤印刷スポットの一つ一つが円状であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の誘電体共振器の製造方法。