JP5764639B2

JP5764639B2 - モード変換器

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Publication number: JP5764639B2
Application number: JP2013228777A
Authority: JP
Inventors: 雄介上道; 章徳小島
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2013-11-01
Filing date: 2013-11-01
Publication date: 2015-08-19
Anticipated expiration: 2033-11-01
Also published as: JP2015089090A

Description

本発明は、モード変換器に係り、特にミリ波帯の通信用の導波路に用いられる技術に関する。

近年、ミリ波帯を利用した数Ｇ［ｂｐｓ］の高速大容量通信が提案され、その一部が実現されつつある。特に、６０ＧＨｚ帯で動作する無線通信機器は、より重要性を増している。国内においては、５９ＧＨｚから６６ＧＨｚまでの広い周波数帯域を、無免許で利用可能であることから、民生分野への普及が期待されており、安価で小型のミリ波通信モジュールの実現が急務である。

小型で安価なミリ波通信モジュールを実現する形態として、非特許文献１、非特許文献２には、プリント基板による導波路（ポスト壁導波路アンテナ：PWA Post-Wall Waveguide Antenna）を利用したミリ波モジュールが開示されている。
特許文献１の図１〜図７に示すように、上記技術は、従来の導波路の側壁（金属壁）を、プリント基板のスルーホール群（ポスト群）で置き換えている。無線通信ＩＣ（ＣＭＯＳ−ＩＣ）がＰＷＡの上に実装されており、ワイヤボンド、バンプ接続などの方法で無線通信ＩＣ（特許文献１の明細書中では半導体チップ４と表記。以下同）から出力されたミリ波信号は、一旦、平面回路による伝送線路（マイクロストリップ、コプレーナ、ストリップ等の線路２４と表記）を伝わり、平面回路・導波路変換構造（中心導体２３と表記）を経て、最終的には導波路構造部（導波路２と表記）へと導かれる。

上道雄介他、「６０ＧＨｚ帯におけるマイクロストリップ線路とＬＣＰ基板を用いたポスト壁導波路間の貫通スルーホール型モード変換器」、２０１３年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会講演論文集、電子情報通信学会、平成２５年９月、Ｃ−２−７０ｐ．９５。 R.Suga，et al. "Cost-FFfective 60-GHz Antenna-Package with End-Fire Radiation from Open-Ended Post-Wall Waveguid FF or Wireless File-Transfer System，"2011 IEEE MTT-S International Microwave Symposiμｍ, pp. 348-351

非特許文献１に示されるモード変換器では、励振ビアが貫通孔であるため、基板の第二主面側に励振ビアの金属柱が露出した構造となる。
このため、実際の使用においては、励振ビアの金属柱が、筐体等の他の金属体の影響を受け、励振ビア端面から見た入力インピーダンスが変動し、反射損失の大きさが変動するという問題があった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、金属体が近接することによる反射損失の変動を抑えることが可能なモード変換器を提供することを目的とする。

本発明者は、図２２に示すように、従来のモード変換器底面に３種類の部材を接近させた場合における周波数（横軸）に対する反射損失（縦軸）を測定した。本実験では、モード変換器底面への金属近接の影響を避けるために石英を接触させて測定した反射損失（ａ）と、モード変換器底面に金属板を近接させて測定した反射損失（ｂ）と、モード変換器の底面と金属板との間に厚み８５μｍの紙を挟んで測定した反射損失（ｃ）とを測定した。
その結果、金属が近接していない状態（ａ）と、金属が近接している状態（ｂ）とでは明らかに反射損失の大きさに差があることがわかった。
一方、紙を挟んだ場合（ｃ）では、反射損失は金属の影響がない（ａ）にほぼ等しいことがわかった。本発明は、この知見に基づき、金属の影響を低減するべく、以下のように構成した。

本発明は、伝送路と導波路との間で信号を相互に変換するモード変換器であって、第一主面およびその反対面である第二主面を有する第一基板と、前記第一基板の第一主面側に積層された第二基板と、前記伝送路を含み、前記第二基板上に形成されて高周波信号を伝播する平面回路と、前記平面回路と接続され、前記第一基板および第二基板を貫通する導電性の励振ピンと、前記第一基板の両主面にそれぞれ形成された接地導体層およびこれらを互いに連結する導電性の壁部を有する前記導波路と、を備え、前記励振ピンは、前記第一基板および第二基板を貫通する導電性の貫通部と、前記第一主面側において前記貫通部から拡径方向に突出した導電性の第一部分と、前記第二主面側において前記貫通部から拡径方向に突出した導電性の第二部分と、を有し、前記第一主面側の接地導体層と前記励振ピンの第一部分との間、および、第二主面側の接地導体層と前記励振ピンの第二部分との間に、それぞれアンチパッドが形成され、前記第二主面側の接地導体層には、少なくとも前記励振ピンの端部およびアンチパッドを覆う絶縁樹脂層が設けられているモード変換器を提供する。
前記伝送路は、マイクロストリップラインを構成しており、一端側が前記励起ピンに接続され、他端側がパッドに接続され、前記パッドを挟んだ両側には、それぞれＧＮＤパッドが前記パッドから離間して形成され、前記ＧＮＤパッドは、ＧＮＤ接続ビアを介して前記接地導体層と接続されていてもよい。
前記絶縁樹脂層は、熱硬化性樹脂からなる構成としてよい。
前記絶縁樹脂層は、液晶ポリマーからなる構成としてよい。
前記絶縁樹脂層は、液晶ポリマーからなる液晶ポリマー層と、前記液晶ポリマー層と前記第二主面の接地導体層との間に介在する熱硬化性樹脂層とを有する構成としてよい。
前記壁部は、前記第一基板の両主面間を貫通する複数の貫通孔の内部にそれぞれ形成された複数の導電性のポストからなるポスト壁であることが好ましい。

本発明によれば、第一基板の第二主面に積層された接地導体層に、近接金属の影響を抑えるための絶縁樹脂層を設けるため、励振ピン端面から見た金属近接による入力インピーダンスの設計値からの変動を防止し、反射損失の変動を抑えることが可能となる。

（Ａ）本発明の第一実施形態に係るモード変換器の構成を模式的に示す斜視図である。（Ｂ）（Ａ）に示すモード変換器の側面を示す概略構成図である。図１のモード変換器の平面図である。第一実施形態に係るモード変換器の概略構成を示す断面図である。モード変換器の製造工程における第一工程を示す断面図である。モード変換器の製造工程における第二工程を示す断面図である。モード変換器の製造工程における第三工程を示す断面図である。モード変換器の製造工程における第四工程の前工程を示す断面図である。モード変換器の製造工程における第四工程を示す断面図である。モード変換器の製造工程における第五工程の前工程を示す断面図である。モード変換器の製造工程における第五工程を示す断面図である。モード変換器の製造工程における第六工程を示す断面図である。モード変換器の製造工程における第七工程を示す断面図である。モード変換器の製造工程における第八工程の前工程を示す断面図である。モード変換器の製造工程における第八工程を示す断面図である。第一実施形態に係るモード変換器の製造工程における第九工程の前工程を示す断面図である。第一実施形態に係るモード変換器の製造工程における第九工程を示す断面図である。第二実施形態に係るモード変換器の製造工程における第九工程の前工程を示す断面図である。第二実施形態に係るモード変換器の製造工程における第九工程を示す断面図である。第三実施形態に係るモード変換器の製造工程における第九工程の前工程を示す断面図である。第三実施形態に係るモード変換器の製造工程における第九工程を示す断面図である。本発明に係るモード変換器によって発生する、電界分布について説明する図である。モード変換器において、周波数（横軸）に対する反射係数（縦軸）の関係を示すグラフである。

（第一実施形態）
本発明の第一実施形態について図１〜図１６を参照して説明する。
なお、以下に示す実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために、例を挙げて説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明に用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

本発明の一実施形態に係るモード変換器１の構成について、図１〜図３を用いて説明する。図１（Ａ）および図１（Ｂ）は、モード変換器１の構成を模式的に示す図である。図２はモード変換器１の平面図である。図３はモード変換器１の断面図である。

図１〜図３に示すように、モード変換器１は、第一基板１０と、第二基板４２と、高周波信号伝播用の信号伝送路Ｃ１を含む平面回路Ｃと、基板１０，４２を貫通する励振ピン２２と、導波路４０（図３参照）と、を備えている。

第一基板１０は、基材２の両面に銅箔３ａ、３ｂが積層された構成とすることができる（図３参照）。
基材２は、例えば単一層のＬＣＰ（液晶ポリマー）からなる。ＬＣＰは熱可塑性の樹脂であるため、ＬＣＰの両面に所望の銅箔３ａ、３ｂを貼り合せ、熱プレスにより熱融着することによってＣＣＬを作製することが可能である。また、ＬＣＰは、誘電率、比誘電率が低く、また、ほとんど吸水をしないために、高周波伝送に適した材料であり、ミリ波帯においても十分な特性を発揮することが可能である。

第一基板１０は、図３に示すように、主面１０ａ（第一主面）と、その反対面である主面１０ｂ（第二主面）とを有する。第一基板１０には、主面１０ａ、１０ｂ間を貫通する貫通孔１１〜１３（第一貫通孔１１、第二貫通孔１２および第三貫通孔１３）が形成されている。

図３に示すように、励振ピン２２は、第二貫通孔１２の内壁１２ａに設けられた金属層２２ａ（導体層）を有する。金属層２２ａは、信号伝送路Ｃ１に達している。
導体柱２１は、第一貫通孔１１の内壁１１ａに設けられた金属層２１ａ、２１ｂ（導体層）を有する。金属層２１ａは、第一基板１０の主面１０ａ、１０ｂに形成された導体膜１４および導体膜１５に達している。
ＧＮＤ接続ビア２３は、第三貫通孔１３の内壁１３ａに設けられた金属層２３ａ（導体層）を有する。金属層２３ａは、信号伝送路Ｃ１に達している。
以下、導体柱２１、励振ピン２２、ＧＮＤ接続ビア２３をピン２０と総称することがある。

平面回路Ｃは、第一基板１０の主面１０ａの接地導体層３０上において、接着層１６を介して積層された誘電体層１７と、誘電体層１７上に銅箔１８を介して積層された信号伝送路Ｃ１とからなる。
平面回路Ｃでは、信号伝送路Ｃ１の端部に高周波信号（ミリ波信号）を印加すると、信号伝送路Ｃ１と接地導体層３０との間を、ＴＥＭモードの電磁波が伝搬する。

平面回路Ｃを形成する誘電体層１７と、誘電体層１７上に積層された銅箔１８とは、第二基板４２を構成する。また、誘電体層１７としては、ＬＣＰ（液晶ポリマー）からなるフィルムが使用できる。

導体膜１４は、第一基板１０の主面１０ａに形成されるものであり、主面１０ａ上にて銅箔３ａとともに接地導体層３０を構成する。また、導体膜１５は、第一基板１０の主面１０ｂに形成されるものであり、銅箔３ｂとともに接地導体層３１を構成する。
これら接地導体層３０、３１は、それぞれ銅等の導体によって構成され、電気的に接地された配線（ＧＮＤ）として機能する。
なお、銅箔３ａは接地導体層３０の一部として扱うことができるため、基材２の上面を主面１０ａとみなすこともできる。同様に、銅箔３ｂは接地導体層３１の一部として扱うことができるため、基材２の下面を主面１０ｂとみなすこともできる。

導波路４０は、第一基板１０の一方の主面１０ａおよび他方の主面１０ｂにそれぞれ配された接地導体層３０、３１と、ポスト壁２１Ａとから構成される。ポスト壁２１Ａは、接地導体層３０、３１の間に立設し、両者を連結する複数の導体柱（ポスト）２１からなる。
ポスト壁２１Ａを構成する複数の導体柱２１は、図１（Ａ）に示すように、第一基板１０の平面視において励振ピン２２をＵ字形に囲むように配置されている。

導体柱２１の中心軸間距離は、導体柱２１の直径の２倍と同じか、それよりも小さくなるように設定するのが好ましい。これによって、隣り合う導体柱２１の間隔は導体柱２１の直径以下となり、励振ピン２２から励振される電磁波を反射して漏洩を防止する効果を高めることができる。

なお、図示例では、複数の導体柱２１からなるポスト壁２１Ａが採用されているが、これに代えて、励振ピンをＵ字形に囲むように延在する金属板などの導体板からなる連続的な壁部を採用してもよい。

第一基板１０の主面１０ａには、励振ピン２２の周囲に、アンチパッド３２が形成されている。主面１０ｂには、励振ピン２２の端部２２ｂの周囲に、アンチパッド３３が形成されている。
アンチパッド３２、３３は、励振ピン２２の周囲に環状に形成され、接地導体層３０、３１と励振ピン２２とを絶縁する領域を確保することにより、平面回路Ｃおよび励振ピン２２の入力インピーダンスとのインピーダンス整合を図るものである。

アンチパッド３２、３３は、第二貫通孔１２の開口部から外側に広がる絶縁領域であり、例えば、励振ピン２２の周囲の、接地導体層３０、３１が形成されていない環状領域としてよい。
アンチパッド３２、３３は、電気的な絶縁領域であればよく、励振ピン２２と接地導体層３０、３１との間に確保された空隙により構成してもよいし、この空隙に充填された絶縁体（樹脂等）により構成してもよい。
図示例では、主面１０ｂ側のアンチパッド３３には、絶縁樹脂層４１を構成する樹脂が充填されている。

信号伝送路Ｃ１は、一端側が励振ピン２２の外部側端部に接続され、他端側がＧＳＧパッド３４に接続されており、マイクロストリップラインを構成している。
ＧＳＧパッド３４の両外側には、図２に示すように、ＧＳＧパッド３４から離間してＧＮＤパッド３５が形成される。ＧＮＤパッド３５には、ＧＮＤ接続ビア２３が接続される。ＧＮＤ接続ビア２３は、接地導体膜３１に達して形成される。
前述した導体柱２１、励振ピン２２、およびＧＮＤ接続ビア２３は、少なくとも表面がＣｕ、Ａｇ、Ａｕなどの導体から形成されていればよく、内部については、表面と同様の導体、空洞、あるいは、絶縁樹脂などで占有された構造とすることができる。
図３に示すように、この例では、第一基板１０の他方の主面１０ｂ側に設けた絶縁樹脂層４１を構成する樹脂が導体柱２１、励振ピン２２、ＧＮＤ接続ビア２３内に充填されている。

主面１０ｂ側の接地導体層３１の下面側には、絶縁樹脂層４１が形成されている。絶縁樹脂層４１の具体的構成については、後述する第九工程（図１５〜図２０参照）にて詳細に説明する。
図示例の絶縁樹脂層４１は、接地導体層３１の下面側の全領域に形成されているが、絶縁樹脂層４１は、接地導体層３１の下面側の全領域に形成する必要はなく、少なくとも、励振ピン２２の端部２２ｂ（第二主面１０ｂ側の端部）およびアンチパッド３３を覆っていればよい。例えば、接地導体層３１の下面側の領域のうち、励振ピン２２の端部２２ｂおよびアンチパッド３３を含む一部領域のみに形成してもよい。
「少なくとも励振ピン２２の端部２２ｂおよびアンチパッド３３を覆う」とは、平面視において、励振ピン２２の端部２２ｂおよびアンチパッド３３と重なる領域を有することをいう。

モード変換器１では、平面回路Ｃにおいて信号伝送路Ｃ１に高周波信号が入力された場合、信号伝送路Ｃ１と導波路上部広壁１４間に電界が発生し、マイクロストリップモードとして電磁波が伝搬する。
電磁波は、励振ピン２２を新たなＴＥモードの励振源として導波路基板１０内にＴＥモードを誘起させ、ＴＥモードとして導波路基板１０内を伝搬する。

図１〜図３に示したモード変換器１の製造方法の一例について、図４から図１６を参照して段階的に説明する。
まず、第一工程として、図４に示すように、基材となるＬＣＰフィルム１０２の両面に、銅箔１０３ａおよび銅箔１０３ｂが張り合わされた、いわゆる銅張積層板（Copper Clad Laminate（ＣＣＬ））からなる第一基板１１０を準備する。なお、この第一基板１１０は、図１〜図３の第一基板１０に相当する。

ＬＣＰ（液晶ポリマー）は熱可塑性の樹脂であるため、ＬＣＰの両面に所望の銅箔１０３ａ、１０３ｂを貼り合せ、熱プレスにより熱融着することによってＣＣＬを作製することが可能である。両面に張り合わされる銅箔１０３ａ、１０３ｂの厚さは、ＬＣＰとの貼り合せ時のハンドリング性を考えると１２μｍ以上の厚さが好ましいが、熱プレスでＣＣＬ作製後に、硫酸過水等の薬液を用いて一部の銅箔１０３ａ、１０３ｂを溶解、除去することにより、所望の薄さに調整することが可能である。
なお、銅箔１０３ａ、１０３ｂの厚さは、後の回路形成性に影響するため、電気信号を流す際に影響が無い範囲で、薄い方が好ましい。また、ＬＣＰフィルム１０２の厚さは、例えば１００μｍ〜７５０μｍである。銅箔１０３ａ、１０３ｂの厚さは、例えば２〜１８μｍである。

次に、図５に示すように、第二工程として、ドリル加工により、第一基板１１０の一方の主面１１０ａから他方の主面１１０ｂまで達する第一貫通孔１１１を形成する。
第一貫通孔１１１の孔径は、使用するドリル刃の径によって調整可能であり、製造する部品の用途に応じて、例えば７５μｍ〜５００μｍの範囲で、適宜設定することができる。
なお、第一貫通孔１１１は、図１〜図３の第一貫通孔１１に相当している。

次に、第二工程の前工程である下地形成工程として、第一貫通孔１１１の壁面に導電性被膜を形成する。導電性被膜の形成は、例えばＤＰＰ（Direct Plating Process）処理といった、既知の手法を用いて実施する。
この導電性被膜は、パラジウムやカーボンなどによって構成することが可能であるが、後述する第三工程での電解銅めっき処理によって、銅めっきが可能であればよく、導電性被膜の構成材料には特に制限はない。

次いで、第三工程として銅めっきを行い、図６に示すように、第一基板１１０の一方の主面１１０ａと、他方の主面１１０ｂと、第一貫通孔１１１の内壁面に、銅めっき層を形成する。第一基板１１０の一方の主面１１０ａに形成されためっき層をめっき層１１４とし、他方の主面１１０ｂに形成されためっき層をめっき層１１５とし、第一貫通孔１１０の内部に形成されためっき層を導体柱１２１とする。
また、銅箔１０３ａおよびめっき層１１４からなる導体層を接地導体層１３０とし、銅箔１０３ｂおよびめっき層１１５からなる導体層を接地導体層１３１という。
めっき層の厚みは、ミリ波帯の信号による表皮深さよりも厚いことが望ましいという観点で考えた場合、６０ＧＨｚの信号における表皮深さが２７０ｎｍであることから、第一貫通孔壁面のめっき厚が２μｍ以上とすれば十分と考えられる。
なお、導体柱１２１、接地導体層１３０、接地導体層１３１は、図１〜図３の導体柱２１、接地導体層３０、接地導体層３１にそれぞれ相当している。

第四工程の前工程として、図７に示すように、第一基板１１０の接地導体層１３０上にアンチパッド形成用のエッチングレジスト１５０を形成し、さらに接地導体層１３１にエッチングレジスト１５１を形成する。
エッチングレジスト１５０、１５１を形成する方法としては既知の手法が可能であるが、例えば次の手法が可能である。まず、第一基板の接地導体層１３０および接地導体層１３１に、感光性ドライフィルムを、熱ロールによってラミネートする。次いで、フォトリソグラフィー法を用いて、ドライフィルムを所望の形状にパターニングし、エッチングレジストとする。
なお、本構造では、第四工程において接地導体層１３１には、アンチパッド等の回路形成は実施しないため、接地導体層１３１面にはエッチングレジスト１５１が全面に形成されることになる。すなわち、接地導体層１３１に形成されるエッチングレジスト１５１は、銅のエッチング液から接地導体層１３１を保護するためにのみ、使用される。

第四工程として、図８に示すように、先ほど形成したエッチングレジストをマスクとして、既知の方法であるウェットエッチングによって、接地導体層１３０にアンチパッド１３２を形成する。エッチング液には、塩化第二鉄や、塩化第二銅などの薬液が使用可能である。ただし、これら使用するエッチング液はあくまで一例であり、これらに限定される訳ではない。
エッチング後、エッチングレジストを剥離する。剥離液は、水酸化ナトリウム水溶液や、水酸化カリウム水溶液を使用するのが一般的である。剥離液は、使用するエッチングレジストに応じて、推奨される薬液を用いるのが好ましい。

次に、第五工程の前工程として、図９に示すように、ＬＣＰフィルム１１７の片面に銅箔１１８が張り合わされた、いわゆる銅張積層板からなる第二基板１４２を準備する。ＬＣＰフィルム１１７の厚さは例えば１２〜１００μｍであり、その片面に張り合わされた銅箔１１８の厚さは例えば２〜１８μｍである。
なお、第二基板１４２は、図１〜図３の第二基板４２に相当している。

第五工程として、図１０に示すように、接地導体層１３０上に、接着剤シート１１６を介して、第二基板１４２を積層する。このとき、第二基板１４２のＬＣＰフィルム１１７の一方の面と、接着剤シート１１６が向かい合うように積層を行う。この結果、第一基板１１０と第二基板１４２を、接着剤シート１１６を介して積層した構造を有する積層基板２００を得る。

第五工程における積層方法の一例を挙げる。まず、接地導体層１３０上に、接着剤シート１１６を、５０〜１００℃で熱ラミネートし、次いで、接着剤シート１１６上に、第二基板１４２を５０〜１００℃で熱ラミネートする。その後、加圧熱プレス機を用いて、圧力を加えながら接着剤層を熱硬化し、積層させることが可能である。なお、圧力は２５〜６５ｋｇｆ／ｃｍ²、温度は１４０〜２００℃程度が一般的である。

第六工程として、図１１に示すように、先ほど得られた積層基板２００の所定の位置に、ドリル加工により、積層基板２００の一方の主面２００ａから、他方の主面２００ｂにまで達する、第二貫通孔１１２および第三貫通孔１１３を形成する。
第二貫通孔１１２は、接地導体層１３０に形成されたアンチパッド１３２の内側に形成される。
本実施形態において、第二貫通孔１１２および第三貫通孔１１３の孔径は、使用するドリル刃の径によって調整可能であり、製造する部品の用途に応じて、例えば７５μｍ〜５００μｍの範囲で適宜設定することができる。
なお、第二貫通孔１１２および第三貫通孔１１３は、図１〜図３の第二貫通孔１２および第三貫通孔１３にそれぞれ相当している。

第六工程においては、ドリル加工をする際、所定の位置に孔（第二貫通孔１１２および第三貫通孔１１３）が形成されるように、積層基板２００とドリル装置の位置合わせを実施する必要がある。位置合せの方法としては、既知の手法を用いることが可能である。
一例を挙げると、接地導体層１３０へのアンチパッド１３２の形成と同時に、接地導体層１３０に位置合せ用のガイドマークを形成する。第五工程での積層後、Ｘ線画像処理装置によって、接地導体層１３０に形成されたガイドマークを認識することで、そのガイドマークに目がけて、ピンを挿入するためのピン孔を開ける。さらに、このピン孔に対して、積層基板２００の厚さよりも長いピンを挿入する。さらに、挿入したピンを、ドリル装置の加工ステージ上にある基準孔に差し込むことで、基板とドリル装置との位置合せ行う、と言った手法が採用可能である。

次に、第七工程の前工程である下地形成工程として、第二貫通孔１１２および第三貫通孔１１３の壁面に導電性被膜を形成する。詳細は、第三工程で説明した手法と同じ手法を用いることが可能である。

次いで、第七工程として、銅めっきを行い、図１２に示すように、積層板２００の一方の主面２００ａと、他方の主面２００ｂと、第二貫通孔１１２の内壁面と、第三貫通孔１１３の内壁面に、銅めっき層を成長させる。
ここで、主面２００ａ側のめっき層をめっき層２０１ａとし、主面２００ｂ側のめっき層をめっき層２０１ｂとし、第二貫通孔１１２の内部に形成されためっき層を励振ピン１２２とし、第三貫通孔１１３の内部に形成されためっき層をＧＮＤ接続ビア１２３としてそれぞれ表記する。
また、積層基板２００の一方の主面２００ａ側の、銅箔およびめっき層をまとめて接地導体層２０２と表記し、他方の主面２００ｂ側の銅箔およびめっき層をまとめて接地導体層２０３と表記する。
また、励振ピン１２２、ＧＮＤ接続ビア１２３は、図１〜図３の励振ピン２２、ＧＮＤ接続ビア２３に相当している。

第八工程の前工程として、図１３に示すように、積層基板２００の接地導体層２０２上に、アンチパット、マイクロストリップライン、およびＧＮＤパッド形成用のエッチングレジスト１５２を形成し、接地導体層２０３にアンチパッド形成用のエッチングレジスト１５３を形成する。
エッチングレジストを形成する方法としては、第四工程で挙げた、既知の方法が利用可能である。

次いで、第八工程として、図１４に示すように、前工程で形成したエッチングレジスト１５２をマスクとして、エッチング法により、接地導体層２０２上に、励振ピン１２２とつながる、マイクロストリップライン１２８（図１〜図３の信号伝送路Ｃ１に相当）、およびＧＮＤパッド１３５を形成することにより、平面回路Ｃを形成する。また、接地導体層２０３に、アンチパッド１３３を形成する。
エッチング方法としては、第四工程で挙げたような、既知の方法であるウェットエッチングを用いることが可能である。

次いで、第九工程の前工程として、図１５に示すように、接地導体層２０３にラミネートする熱硬化性樹脂層１４１Ａ（絶縁樹脂層１４１）を準備する。
図１６に、第九工程の本工程として、第一基板１１０の接地導体層２０３に、熱硬化性樹脂層１４１Ａをラミネートし、熱プレスにより単層の絶縁樹脂層１４１を形成する。
これにより、図１〜図３に示すモード変換器１を得る。

熱硬化性樹脂層１４１Ａには、低誘電率および、低誘電正接のものが求められる。熱硬化性樹脂としては、市販の汎用品を用いることが可能である。前記熱硬化性樹脂には、エポキシ系樹脂や、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）系樹脂を用いることが可能である。なお、エポキシ系樹脂の体積抵抗率は１０^１２〜１０^１７Ω・ｃｍである。ＰＰＥの体積抵抗率は１０^１７Ω・ｃｍ程度である。

なお、熱硬化性樹脂層１４１Ａの厚さは、例えば５０μｍ〜２００μｍ（好ましくは５０μｍ〜１００μｍ）である。熱プレスの条件は、接着剤層の特性次第であるが、およそ、温度１６０℃、圧力４５ｋｆｇ／ｃｍ^２、時間６０分程度、の処理が一般的である。この工法は、第三実施形態（後述する）で述べるＬＣＰフィルムを直接熱融着させる場合と比べ、処理温度が低く、生産性が高いといったメリットがある。
熱プレスの際に、励振ピン１２２内部やＧＮＤ接続ビア内部に樹脂が埋め込まれるが、いずれの場合も、モード変換器への特性には影響を及ぼさず、問題とはならない。
なお、絶縁樹脂層１４１は、図１〜図３の絶縁樹脂層４１に相当している。

モード変換器１では、第一基板１０（１１０）の第二主面１０ａ（１１０ａ）に形成された接地導体層３１（１３１）に、熱硬化性樹脂からなる絶縁樹脂層４１（１４１）を設けた。
絶縁樹脂層４１（１４１）により、励振ピン２１（１２１）端面から見た入力インピーダンスの変動を防止し、反射損失への変動を抑えることが可能となる。

図示例の絶縁樹脂層１４１は、接地導体層２０３の下面側の全領域に形成されているが、絶縁樹脂層１４１は、接地導体層２０３の下面側の全領域に形成する必要はなく、少なくとも、励振ピン１２２の端部１２２ｂ（第二主面１０ｂ側の端部）およびアンチパッド１３３を覆っていればよい。例えば、接地導体層２０３の下面側の領域のうち、励振ピン１２２の端部１２２ｂおよびアンチパッド１３３を含む一部領域のみに形成してもよい。
「少なくとも励振ピン１２２の端部１２２ｂおよびアンチパッド１３３を覆う」とは、平面視において、励振ピン１２２の端部１２２ｂおよびアンチパッド１３３と重なる領域を有することをいう。

（第二実施形態）
本発明の第二実施形態について図１７及び図１８を参照して説明する。
第二実施形態のモード変換器１Ａが、第一実施形態と異なるのは、第九工程（図１５及び図１６参照）に示される絶縁樹脂層１４１の具体的構成である。

第二実施形態における第九工程の前工程では、図１７に示すように、絶縁樹脂層１４１として、接着剤層となる熱硬化性樹脂層１４１Ｂと、ＬＣＰ（液晶ポリマー）からなるＬＣＰフィルム１４１Ｃとを準備する。
図１８に示すように、第九工程の本工程として、接地導体層２０３に熱硬化性樹脂層１４１Ｂを熱ラミネートし、さらにこの熱硬化性樹脂層１４１Ｂに、絶縁樹脂層であるＬＣＰフィルム１４１Ｃを熱ラミネートする。その後、熱プレスを実施し、熱硬化性樹脂層１４１ＢとＬＣＰフィルム１４１Ｃ（液晶ポリマー層）とを一体化した絶縁樹脂層１４１を形成する。
熱硬化性樹脂層１４１Ｂは、ＬＣＰフィルム１４１Ｃと接地導体層２０３との間に介在する。

熱硬化性樹脂層１４１Ｂには、低誘電率および、低誘電正接のものが求められるが、市販の汎用品を用いることが可能である。
また、熱硬化性樹脂層１４１Ｂ上の層としては、ＬＣＰフィルム１４１Ｃの他、ポリイミド、テフロン（登録商標）、ガラスエポキシ板等も使用可能である。
なお、熱硬化性樹脂層１４１Ｂは、厚さ１２μｍ〜５０μｍとすることができ、ＬＣＰフィルム１４１Ｃは、厚さ２５〜５００μｍのものが使用可能である。

熱プレスの条件は、熱硬化性樹脂の特性次第であるが、およそ温度１６０℃、圧力４５ｋｆｇ／ｃｍ^２、時間６０分程度、の処理が一般的である。この工法は、第三実施形態で述べるＬＣＰフィルムを直接、熱融着させる場合と比べ、処理温度が低く、生産性が高いといったメリットがある。

第二実施形態のモード変換器１Ａによれば、第一基板１０（１１０）の第二主面１０ａ（１１０ａ）に積層された接地導体層３１（１３１）に、接着剤層となる熱硬化性樹脂層１４１ＢとＬＣＰフィルム１４１Ｃとの積層体からなる絶縁樹脂層４１（１４１）を設けた。
絶縁樹脂層４１（１４１）により、励振ピン２１（１２１）端面から見た入力インピーダンスの変動を防止し、反射損失の変動を抑えることが可能となる。

第二実施形態のモード変換器１Ａは、第一実施形態と比較した場合、熱硬化性樹脂層１４１Ｂに貼り合せる絶縁樹脂層（１４１Ｃ）の厚みを変えることによって、絶縁層の厚さを任意に設定できるメリットがある。すなわち、熱硬化性樹脂層１４１Ｂについては、熱で硬化させる必要があるため、あまり厚くはできないが、第二層目となるＬＣＰフィルム１４１Ｃの厚さ選定により、絶縁樹脂層１４１全体の厚さを任意に設定できる。

（第三実施形態）
本発明の第三実施形態について図１９及び図２０を参照して説明する。
第三実施形態に示されるモード変換器１Ｂが、第一、第二実施形態と異なるのは、第九工程（図１５〜図１８参照）に示される絶縁樹脂層１４１の具体的構成である。

第三実施形態における第九工程の前工程では、図１９に示すように、絶縁樹脂層１４１として、ＬＣＰ（液晶ポリマー）からなるＬＣＰフィルム１４１Ｄ（液晶ポリマー層）を単体で用いている。
図２０に示すように、第九工程の本工程として、接地導体層２０３にＬＣＰフィルム１４１Ｄをラミネートし、熱プレスにより単層の絶縁樹脂層１４１を形成する。

ＬＣＰフィルム１４１Ｄを構成するＬＣＰは熱可塑性の樹脂であるため、図２０に示すように、ＬＣＰフィルムを融点付近の温度で熱プレスすることにより、基板に直接、積層させることが可能である。
具体的には、接地導体層２０３にＬＣＰフィルム１４１Ｄを重ねた後、熱プレスを用いて、温度３００℃、圧力４５ｋｆｇ／ｃｍ^２、時間１０分程度、処理することにより、熱融着させて絶縁樹脂層１４１を形成する。なお、ＬＣＰフィルムの厚さは、例えば２５μｍ〜５００μｍである。
そして、第三実施形態では、第一、第二実施形態とは異なり、絶縁樹脂層１４１がＬＣＰ単層となるので、より、低誘電率、低誘電正接な絶縁層を形成することが可能となり、反射損失を抑えられる効果が期待できる。

次に、上述したモード変換器を用いた実験例について説明する。
本実施形態によるモード変換器を用いた場合において、マイクロストリップ線路の端部をポートとし、反射損失に関するシミュレーションを行った。シミュレーションには３次元電磁界解析ソフトＨＦＳＳを用いた。結果を図２１に示す。
なお、本実施形態のモード変換器では、励振ピンが２００μｍ径であり、励振ピンのランド部の径が３５０μｍであり、励振ピンの周囲に位置するアンチパッド（３２、３３）のスペース幅（励振ピンの径方向に沿う幅）を、８５μｍ、１００μｍ、１２５μｍ、１３５μｍ、１５０μｍとした。また、グラフの横軸は周波数を示し、縦軸は反射損失の大きさを示している。
この図より、反射損失の大きさは、アンチパッドのサイズによって変化することがわかった。したがって、この結果から、アンチパッドのサイズを調整することによって、ピン入力端における入力インピーダンスの制御が可能であることがわかった。
また、アンチパッドのサイズには１００μｍ〜１５０μｍ、最適値として１２５μｍを選択することが好ましく、当該最適値の選択によって、反射損失を著しく低減させ得ることもわかった。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、アンチパッドは第一基板の第一主面と第二主面のうちいずれか一方にのみ形成してもよい。

１０、１００・・・第一基板、１０ａ、１００ａ・・・主面（第一主面）、１０ｂ、１００ｂ・・・主面（第二主面）、１１、１１１・・・第一貫通孔、１２、１１２・・・第二貫通孔、１３、１１３・・・第三貫通孔、１７、１１７・・・誘電体層、２２、１２２・・・励振ピン、２２ｂ、１２２ｂ・・・励振ピンの端部、２３、１２３・・・ＧＮＤ接続ビア、３０、１３０・・・接地導体層、３１、１３１・・・接地導体層、４０・・・導波路、３２、１３２、３３、１３３・・・アンチパッド、４１、１４１・・・絶縁樹脂層、４２、１４２・・・第二基板、１４１Ａ・・・熱硬化性樹脂層、１４１Ｂ・・・熱硬化性樹脂層、１４１Ｃ・・・ＬＣＰフィルム（液晶ポリマー層）、１４１Ｄ・・・ＬＣＰフィルム（液晶ポリマー層）、Ｃ・・・平面回路、Ｃ１・・・信号伝送路。

Claims

伝送路と導波路との間で信号を相互に変換するモード変換器であって、
第一主面およびその反対面である第二主面を有する第一基板と、
前記第一基板の第一主面側に積層された第二基板と、
前記伝送路を含み、前記第二基板上に形成されて高周波信号を伝播する平面回路と、
前記平面回路と接続され、前記第一基板および第二基板を貫通する導電性の励振ピンと、
前記第一基板の両主面にそれぞれ形成された接地導体層およびこれらを互いに連結する導電性の壁部を有する前記導波路と、を備え、
前記励振ピンは、前記第一基板および第二基板を貫通する導電性の貫通部と、前記第一主面側において前記貫通部から拡径方向に突出した導電性の第一部分と、前記第二主面側において前記貫通部から拡径方向に突出した導電性の第二部分と、を有し、
前記第一主面側の接地導体層と前記励振ピンの第一部分との間、および、第二主面側の接地導体層と前記励振ピンの第二部分との間に、それぞれアンチパッドが形成され、
前記第二主面側の接地導体層には、少なくとも前記励振ピンの端部およびアンチパッドを覆う絶縁樹脂層が設けられているモード変換器。
前記伝送路は、マイクロストリップラインを構成しており、一端側が前記励起ピンに接続され、他端側が前記第二基板上に形成されたパッドに接続され、
前記パッドを挟んだ両側には、それぞれＧＮＤパッドが前記パッドから離間して形成され、
前記ＧＮＤパッドは、ＧＮＤ接続ビアを介して前記接地導体層と接続されている請求項１に記載のモード変換器。
前記絶縁樹脂層は、熱硬化性樹脂からなる請求項１または２に記載のモード変換器。
前記絶縁樹脂層は、液晶ポリマーからなる請求項１または２に記載のモード変換器。
前記絶縁樹脂層は、液晶ポリマーからなる液晶ポリマー層と、前記液晶ポリマー層と前記第二主面の接地導体層との間に介在する熱硬化性樹脂層とからなる請求項１または２に記載のモード変換器。
前記壁部は、前記第一基板の両主面間を貫通する複数の貫通孔の内部にそれぞれ形成された複数の導電性のポストからなるポスト壁である請求項１〜５のうちいずれか１項に記載のモード変換器。