JP6680928B1 - モード変換器及びモード変換器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】モード変換器において製造方法を単純化すること。【解決手段】モード変換器（１０）は、ポスト壁導波路（ＰＷ）と、マイクロストリップ線路（ＭＳ）と、ポスト壁導波路（ＰＷ）の導波モードとマイクロストリップ線路（ＭＳ）の導波モードとを変換するブラインドビア（ＢＶ）であって、複数の円柱（Ｃ１〜Ｃ４）の合併により近似される形状を有するブラインドビア（ＢＶ）と、を備え、複数の円柱（Ｃ１〜Ｃ４）の各々の直径は、スルービア１４ｉの直径と同一である。【選択図】図１

Description

本発明は、ポスト壁導波路の導波モードとマイクロストリップ線路の導波モードとを相互に変換するモード変換器及びモード変換器の製造方法に関する。

非特許文献１には、ポスト壁導波路の導波モードとマイクロストリップ線路の導波モードとを相互に変換するモード変換器が記載されている。

これらのモード変換器において、ポスト壁導波路は、誘電体（例えば石英）製の基板と、基板の一対の主面の各々にそれぞれ形成された一対の導体層と、基板の内部に形成されたポスト壁と、を備えている。一対の導体層は、導波領域を２方向（例えば上下方向）から挟み込む一対の広壁として機能し、ポスト壁は、導波領域を４方向（例えば前後左右方向）から取り囲む一対の狭壁及び一対のショート壁として機能する。ポスト壁は、基板の内部に柵状に配置された複数のスルービアであって、一対の導体層を互いに短絡する複数のスルービアにより構成されている。

ポスト壁導波路の導波モードとマイクロストリップ線路の導波モードとを相互に変換するために、上述したモード変換器は、マイクロストリップ線路を構成するマイクロストリップラインの一方の端部に接続されたブラインドビアであって、ポスト壁導波路の内部に形成されたブラインドビアを備えている。

上述したスルービアは、基板に貫通孔を形成したうえで、その貫通孔の側面を導体層で覆うことによって形成される。同様に、上述したブラインドビアは、基板に非貫通孔を形成したうえで、その非貫通孔の底面及び側面を導体層で覆うことによって形成される。ここで、基板に貫通孔及び非貫通孔を形成するためには、例えば、レーザ加工機とウェットプロセスによるエッチングとの組み合わせ又はドリルを好適に用いることができる。

Yusuke Uemichi, et al. "A ultra low-loss silica-based transformer between microstrip line and post-wall waveguide for millimeter-wave antenna-in-package applications," IEEE MTT-S IMS, Jun. 2014.

ところで、非特許文献１に記載されたモード変換器において、基板の厚さが一定である場合、ポスト壁導波路の中心周波数は、ポスト壁導波路の幅（すなわち一対の狭壁同士の間隔）に依存する。したがって、所望の中心周波数が異なる複数の態様のモード変換器を設計する場合、まず、所望の中心周波数に対応したポスト壁導波路の幅を決定したうえで、ブラインドビアの長さなど他の設計パラメータを決定する。すなわち、所望の中心周波数が低いモード変換器ほどポスト壁導波路の幅は広くなり、所望の中心周波数が高いモード変換器ほどポスト壁導波路の幅は狭くなる。

そのうえで、本願発明者は、所望の特性を得るために、ポスト壁導波路の幅に応じて上述したブラインドビアの直径ＤＢを定めることが好ましいことを見出した。具体的には、幅が広いポスト壁導波路ほど直径ＤＢを大きくすることが好ましく、幅が狭いポスト壁導波路ほど直径ＤＢを小さくすることが好ましい。なお、所望の特性の例としては、ＳパラメータＳ（１，１）が動作帯域において−２０ｄＢを下回ることが挙げられる。

例えば６０ＧＨｚ帯（例えば５７ＧＨｚ以上６６ＧＨｚ以下）を動作帯域とするポスト壁導波路における石英製の基板の厚さ及びポスト壁導波路の幅の例としては、それぞれ、５００μｍ及び２．０ｍｍが挙げられる。この場合、所望の特性を得るために好ましい直径ＤＢの例としては１００μｍが挙げられる。

また、例えば２８ＧＨｚ帯（例えば２７．０ＧＨｚ以上２９．５ＧＨｚ以下）を動作帯域とするポスト壁導波路における石英製の基板の厚さ及びポスト壁導波路の幅の例としては、それぞれ、７００μｍ及び４ｍｍが挙げられる。この場合に、６０ＧＨｚ帯を動作帯域とするポスト壁導波路と同様に、直径ＤＢとして１００μｍを採用した場合、図９に示すように所望の特性を得ることができない。図９は、本発明の比較例群であるモード変換器のＳパラメータＳ（１，１）の周波数依存性を示すグラフである。したがって、２８ＧＨｚ帯を動作帯域とするポスト壁導波路においては、１００μｍを上回る直径ＤＢを採用することになる。

また、モード変換器を構成するスルービアの直径ＤＴには、直径ＤＢとは関係なく好ましい値がある。この好ましい直径ＤＴは、平面視した場合のポスト壁導波路の形状の複雑さに依存しており、ポスト壁導波路の形状が複雑であるほど直径ＤＴを小さくすることになる。大きな直径ＤＴを採用した場合、複雑な形状のポスト壁導波路を製造することが難しいためである。複雑な形状を有するポスト壁導波路を製造することを考慮した場合、好ましい直径ＤＴは、１００μｍ程度である。

以上のように、ポスト壁導波路を設計することを想定した場合、直径ＤＢ及び直径ＤＴを別個の独立した設計パラメータとして扱うことが好ましい。その一方で、所望の中心周波数が異なる複数の態様のモード変換器を製造することを想定した場合、直径ＤＢと、モード変換器を構成するスルービアの直径ＤＴとは、同一であることが好ましい。直径ＤＴと直径ＤＢとが互いに異なる場合、スルービアを基板に形成する工程と、ブラインドビアを基板に形成する工程とを別とする必要が生じ、モード変換器の製造方法における工数が増加するためである。

本発明の一態様は、上述した課題に鑑みなされたものであり、その目的は、ポスト壁導波路の導波モードとマイクロストリップ線路の導波モードとを相互に変換するモード変換器において、製造方法を単純化することである。

上記の課題を解決するために、本発明の第１の態様に係るモード変換器は、ポスト壁導波路と、前記ポスト壁導波路の主面に形成されたマイクロストリップ線路と、前記ポスト壁導波路の内部に形成されたブラインドビアであって、前記ポスト壁導波路の導波モードと前記マイクロストリップ線路の導波モードとを相互に変換するブラインドビアと、を備え、前記ブラインドビアは、前記主面に直交する中心軸を有する複数の円柱の合併により近似される形状を有し、前記複数の円柱の各々の直径は、前記ポスト壁導波路のポスト壁を構成するスルービアの形状を近似する円柱の直径と同一である。

上記の課題を解決するために、本発明の第５の態様に係るモード変換器の製造方法は、狭壁が柵状に配置された複数のスルービアからなるポスト壁導波路と、前記ポスト壁導波路の主面に形成されたマイクロストリップ線路と、前記ポスト壁導波路の内部に形成されたブラインドビアであって、前記ポスト壁導波路の導波モードと前記マイクロストリップ線路の導波モードとを相互に変換するブラインドビアと、を備えたモード変換器の製造方法であって、（１）ポスト壁導波路を貫通する貫通孔を形成する作業を繰り返すことによって、各々が円柱状である複数の貫通孔を形成するとともに、（２）前記主面側から前記ポスト壁導波路の内部に向かって円柱状の非貫通孔を形成する作業を繰り返すことによって、前記主面に直交する中心軸を有する複数の円柱の合併により近似される形状を有する非貫通孔を形成する第１の工程と、前記複数の貫通孔の側面と、前記非貫通孔の底面及び側面とを導体層で覆う、又は、前記複数の貫通孔及び前記非貫通孔の各々に導体を充填することによって、前記複数のスルービア及び前記ブラインドビアを形成する第２の工程と、を含んでおり、前記第１の工程は、各々の直径が同一となるように前記複数の貫通孔及び複数の前記円柱状の非貫通孔を形成する。

本発明の第１の態様に係るモード変換器及び本発明の第５の態様に係るモード変換器の製造方法によれば、互いに直径が異なるスルービア及びブラインドビアを有するモード変換器であって、ブラインドビアの直径ＤＢがスルービアの直径ＤＴを上回るモード変換器を製造する場合に、ブラインドビアの形状を近似する複数の非貫通孔の直径及び複数のスルービアに対応する複数の貫通孔の直径の各々を同一にすることができる。すなわち、モード変換器の製造方法において、スルービアを基板に形成する工程と、ブラインドビアを基板に形成する工程とを別としなくてよい。したがって、ポスト壁導波路の導波モードとマイクロストリップ線路の導波モードとを相互に変換するモード変換器において、製造方法を単純化することができる。

また、本発明の第２の態様に係るモード変換器は、上記第１の態様において、以下のように構成されている。すなわち、前記複数の円柱は、１個の円柱と、前記１個の円柱を取り囲むｎ個の円柱と、からなり、合併された前記複数の円柱は、前記１個の円柱の中心軸を対称軸とするｎ回の回転対称性を有する、ように構成されている。

上記の構成によれば、ブラインドビアの横断面における形状の対称性が高まり、円形に近づく。したがって、モード変換器の特性を向上させることができる。

また、本発明の第３の態様に係るモード変換器は、上記第２の態様において、以下のように構成されている。すなわち、前記１個の円柱の高さは、前記ｎ個の円柱の高さよりも高い、構成を有する。

上記の構成によれば、ブラインドビアの中心近傍における深さを、ブラインドビアの外縁近傍における深さよりも深くすることができる。そのことにより、モード変換器の特性を向上させることができる。

また、本発明の第４の態様に係るモード変換器は、上記第２又は第３の態様において、以下のように構成されている。すなわち、前記１個の円柱の底面及び前記ｎ個の円柱の底面は、球面の一部により近似される、ように構成されている。

上記の構成によれば、ブラインドビアの底面の形状を球面の一部に近づけることができる。そのことにより、モード変換器の特性を向上させることができる。

本発明の一態様によれば、ポスト壁導波路の導波モードとマイクロストリップ線路の導波モードとを相互に変換するモード変換器において、製造方法を単純化することができる。

（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係るモード変換器の平面図である。（ｂ）は、（ａ）に示したモード変換器の拡大断面図である。 （ａ）は、図１の（ａ）に示したモード変換器が備えているブラインドビアの平面図及び側面図である。（ｂ）は、（ａ）に示したブラインドビアの第１の変形例の平面図及び側面図である。 （ａ）及び（ｂ）の各々は、それぞれ、図２の（ａ）に示したブラインドビアの第２の変形例及び第３の変形例の平面図及び断面図である。 図１に示したモード変換器の製造方法のフローチャートである。 本発明の第１の実施例群であるモード変換器の反射特性を示すグラフである。 本発明の第２の実施例群であるモード変換器の反射特性を示すグラフである。 本発明の第１の実施例、第３の実施例、及び第４の実施例であるモード変換器の反射特性を示すグラフである。 本発明の参考例群であるモード変換器の反射特性を示すグラフである。 本発明の比較例群であるモード変換器の反射特性を示すグラフである。

〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態に係るモード変換器について、図１〜図３を参照して説明する。図１の（ａ）は、本実施形態に係るモード変換器１０の平面図である。図１の（ｂ）は、モード変換器１０が備えているブラインドビアＢＶの近傍を拡大した拡大断面図である。図２の（ａ）は、ブラインドビアＢＶの平面図及び側面図である。図２の（ｂ）は、ブラインドビアＢＶの第１の変形例であるブラインドビアＢＶＡの平面図及び側面図である。図３の（ａ）は、ブラインドビアＢＶの第２の変形例であるブラインドビアＢＶＢの平面図及び側面図である。図３の（ｂ）は、ブラインドビアＢＶの第３の変形例であるブラインドビアＢＶＣの平面図及び側面図である。

＜モード変換器１０の構成＞
図１の（ａ）及び（ｂ）に示すように、モード変換器１０は、ポスト壁導波路ＰＷと、マイクロストリップ線路ＭＳと、ブラインドビアＢＶとを備えている。

（ポスト壁導波路ＰＷ）
図１の（ｂ）に示すように、ポスト壁導波路ＰＷは、基板１１と、導体層１２，１３と、ポスト壁１４と、誘電体層１５とを備えている。

基板１１は、誘電体からなる板状部材であり、本実施形態においては石英製である。基板１１を構成する誘電体は、石英に限定されるものではなく、例えばモード変換器１０の中心周波数などに応じて適宜選択することができる。

導体層１２及び導体層１３の各々は、基板１１の互いに対向する一対の主面の各々にそれぞれ形成された層状部材である。導体層１２，１３は、導体からなる層状部材であり、本実施形態においては銅製である。導体層１２，１３を構成する導体は、銅に限定されるものではなく、適宜選択することができる。また、導体層１２，１３の厚さも適宜選択することができ、厚さが相対的に薄い導体膜とよばれる層状部材であってもよいし、厚さが相対的に厚い導体板とよばれる層状部材であってもよい。

ポスト壁１４は、基板１１の内部に柵状に配置された複数のスルービア１４１〜１４ｎによって構成されている。ここで、ｎは、２以上の任意の整数である。また、以下において、スルービア１４１〜１４ｎの各々を一般化してスルービア１４ｉとも記載する。ここで、ｉは、１以上ｎ以下の整数である。ポスト壁１４は、互いに対向する一対の狭壁１４ａ，１４ｂと、ショート壁１４ｃと、ショート壁１４ｃに対向する別のショート壁（図１の（ａ）及び（ｂ）には図示せず）とにより構成されている。各スルービア１４ｉは、円筒形状又は円柱形状（本実施形態においては円筒形状）の導体により構成されている。中心軸近傍が中空であるか中実であるかにあるかに関わらず、各スルービア１４ｉの外縁の形状は、円柱によって近似することができる。

各スルービア１４ｉは、基板１１の一方の主面から他方の主面に至っており、導体層１２と導体層１３とを短絡している。また、各スルービア１４ｉの直径ＤＴは、ポスト壁導波路ＰＷの幅Ｗ１や、ポスト壁導波路ＰＷの形状の複雑さ等に応じて適宜定めることができるが、本実施形態においては、ＤＴ＝１００μｍとする。なお、直径ＤＴは、各スルービア１４ｉの外縁の形状を近似する円柱の直径でもある。

モード変換器１０において、導体層１２，１３は、基板１１を２方向（例えば上下方向）から挟み込み、且つ、狭壁１４ａ，１４ｂは、基板１１の一部領域を２方向（例えば左右方向）から挟み込み、且つ、ショート壁１４ｃ及び上記他のショート壁は、基板１１の一部領域を２方向（例えば前後方向）から挟み込む。導体層１２，１３と、狭壁１４ａ，１４ｂと、ショート壁１４ｃと、上記他のショート壁とにより６方向から挟み込まれた基板１１の一部領域は、モード変換器１０の導波領域１０ａとして機能する。導波領域１０ａは、図１の（ａ）において２点鎖線で３方を囲まれた領域として図示されており、図２の（ｂ）においてスルービア１４ｉより右側の領域であって、導体層１２と導体層１３とにより挟まれた領域である。なお、図１の（ａ）に図示した２点鎖線は、各スルービア１４ｉの中心を通る直線である。以下において、狭壁１４ａと狭壁１４ｂとの間隔は、ポスト壁導波路ＰＷの幅Ｗ１と呼ぶ。

誘電体層１５は、導体層１２の上に、導体層１２を覆うように形成された層状部材である。誘電体層１５は、誘電体からなる層状部材であり、本実施形態においてはポリイミド樹脂製である。誘電体層１５を構成する誘電体は、ポリイミド樹脂に限定されるものではなく、適宜選択することができる。

（マイクロストリップ線路ＭＳ）
図１の（ａ）及び（ｂ）に示すように、マイクロストリップ線路ＭＳは、導体層１２と、誘電体層１５と、誘電体層１５の上に形成されたマイクロストリップライン２１とにより構成されている。

マイクロストリップライン２１は、一方の端部である端部２１ａが円形状に成型された帯状の導体パターンである。端部２１ａを除いて、マイクロストリップライン２１の幅は、幅Ｗ２で一定である。なお、端部２１ａの直径は、幅Ｗ２を上回るように構成されている。

マイクロストリップライン２１は、ポスト壁導波路ＰＷを平面視した場合に、端部２１ａが後述するブラインドビアＢＶを包含し、他方の端部である端部２１ｂが導波領域１０ａの外部に配置されている。

（ブラインドビアＢＶ）
図１の（ａ）及び（ｂ）に示すように、ブラインドビアＢＶは、ポスト壁導波路ＰＷの基板１１の内部に形成された、筒形状又は柱形状（本実施形態においては筒形状）の導体により構成されている。ブラインドビアＢＶは、導波領域１０ａのうち所定の位置に、基板１１の一方の主面（導体層１２側の主面）から基板１１の内部に至る非貫通孔を形成し、その非貫通孔の側面に導体膜を形成する（あるいは導体を充填する）ことによって得られる。したがって、ブラインドビアＢＶの底面端（導体層１３側の端面）は、基板１１の内部に位置し、導体層１３とは離間している。

ポスト壁導波路ＰＷを平面視した場合に、導体層１２の一部は、ブラインドビアＢＶの周りを取り囲むように、円環状に除去されている。その結果、平面視において、（１）導体層１２にはブラインドビアＢＶを取り囲む開口であるアンチパッド１２ｃが形成されており、（２）アンチパッド１２ｃの内側には、導体層１２の一部であった導体パターン１２ｂが形成されている。したがって、開口１２ａの直径Ｄ２は、導体パターン１２ｂの直径Ｄ１を上回る。

平面視において、誘電体層１５のブラインドビアＢＶを包含する領域には開口が形成されており、上述したマイクロストリップライン２１の端部２１ａがブラインドビアＢＶ及びその開口を包含するように形成されている。ブラインドビアＢＶは、導体パターン１２ｂ及び誘電体層１５の開口の側壁に形成された導体層を介してマイクロストリップライン２１と短絡されている。

以上のように構成されたブラインドビアＢＶは、ポスト壁導波路ＰＷの導波モードと、マイクロストリップ線路ＭＳの導波モードとを相互に変換する。

ブラインドビアＢＶは、円柱Ｃ１〜Ｃ４を合併により近似される形状を有する（図２の（ａ）参照）。換言すれば、円柱Ｃ１〜Ｃ４の各々を点の集合であると考えた場合に、ブラインドビアＢＶの形状は、円柱Ｃ１〜Ｃ４の和集合により近似される。

なお、円柱Ｃ１〜Ｃ４の各々は、それぞれ、導体層１２に直交する中心軸Ａ１〜Ａ４を有する。また、円柱Ｃ１〜Ｃ４の各々は、何れも、直径ＤＣが共通であり、且つ、高さＨＢが共通である。すなわち、円柱Ｃ１〜Ｃ４の各々は、何れも、合同である。その結果、ポスト壁導波路ＰＷを平面視した場合に、ブラインドビアＢＶの輪郭は、円により近似することができる。以下において、この近似した円の直径ＤＢをブラインドビアＢＶの直径とする。

モード変換器１０において、円柱Ｃ１〜Ｃ４の直径ＤＣは、上述した直径ＤＴと同一である。本実施形態において、ＤＣ＝ＤＴ＝１００μｍである。

また、モード変換器１０において、合併された円柱Ｃ１〜Ｃ４は、円柱Ｃ１〜Ｃ４の側面の交点に位置し、且つ、中心軸Ａ１〜Ａ４に平行な軸を対称軸として、４回の回転対称性を有する。

なお、ブラインドビアＢＶの形状は、製造上の公差などにより一定の範囲内で揺らぐことが考えられる。ブラインドビアＢＶの形状は、あくまでも円柱Ｃ１〜Ｃ４の合併により近似される形状であればよい。すなわち、ブラインドビアＢＶは、円柱Ｃ１〜Ｃ４を合併した形状と一致してもよいし、一致していなくてもよい。

（第１の変形例）
ブラインドビアＢＶの第１の変形例であるブラインドビアＢＶＡにおいて、ブラインドビアＢＶの形状を近似する円柱Ｃ１〜ＣＮ（Ｎは、２以上の整数）の数Ｎは、４に限定されるものではなく、適宜定めることができる。円柱の数Ｎが増えれば増えるほど、ブラインドビアＢＶの形状をより円柱に近づけることができる。図２の（ｂ）には、円柱の数Ｎが４ではない場合の一例として、Ｎ＝８であるブラインドビアＢＶＡを示す。

ブラインドビアＢＶＡは、円柱Ｃ１〜Ｃ８の合併により近似される形状を有する。また、ブラインドビアＢＶＡは、平面視において８回の回転対称性を有する。

（第２の変形例）
ブラインドビアＢＶの第２の変形例であるブラインドビアＢＶＢは、上述した円柱Ｃ１〜Ｃ４と、更なる円柱Ｃ５Ｂとの合併により近似される形状を有する（図３の（ａ）参照）。

すなわち、ブラインドビアＢＶＢは、５個の円柱Ｃ１〜Ｃ４，Ｃ５Ｂの合併により近似される形状を有し、円柱Ｃ１〜Ｃ４は、円柱Ｃ５Ｂを取り囲むように配置されている。

ここで、円柱Ｃ１〜Ｃ４の高さＨＢａは、図２の（ａ）に示した円柱Ｃ１〜Ｃ４の高さＨＢと共通であり、円柱Ｃ５Ｂの高さＨＢｂは、高さＨＢａを上回る。すなわち、ブラインドビアＢＶＢにおいては、円柱Ｃ５Ｂの底面（導体層１３側の端面）が円柱Ｃ１〜Ｃ４の各々の底面（導体層１３側の端面）から突出している。

また、合併された円柱Ｃ１〜Ｃ４，Ｃ５Ｂは、円柱Ｃ５Ｂの中心軸Ａ５Ｂを対称軸とする４回の回転対称性を有する。

（第３の変形例）
ブラインドビアＢＶの第３の変形例であるブラインドビアＢＶＣは、図３の（ａ）に示したブラインドビアＢＶＢの変形例でもあり、ブラインドビアＢＶＢの形状を近似する円柱Ｃ１〜Ｃ４，Ｃ５Ｂの底面の形状を、球面の一部により近似される形状に変更することによって得られる（図３の（ｂ）参照）。

すなわち、ブラインドビアＢＶＣにおいて、５個の円柱Ｃ１Ｃ〜Ｃ５Ｃの合併により近似される形状を有し、円柱Ｃ１Ｃ〜Ｃ４Ｃは、円柱Ｃ５Ｃを取り囲むように配置されている。そのうえで、円柱Ｃ１Ｃ〜Ｃ５Ｃの各々の底面は、球面の一部により近似される。

また、ブラインドビアＢＶＢの場合と同様に、円柱Ｃ１Ｃ〜Ｃ４Ｃの高さＨＢａは、図２の（ａ）に示した円柱Ｃ１〜Ｃ４の高さＨＢと共通であり、円柱Ｃ５Ｃの高さＨＢｂは、高さＨＢａを上回る。

また、合併された円柱Ｃ１Ｃ〜Ｃ５Ｃは、円柱Ｃ５Ｃの中心軸Ａ５Ｃを対称軸とする４回の回転対称性を有する。

〔第２の実施形態〕
本発明の第２の実施形態に係る製造方法Ｍ１０であって、上述したモード変換器１０の製造方法Ｍ１０について、図４を参照して説明する。本実施形態では、ブラインドビアＢＶを例にして製造方法Ｍ１０について説明するが、ブラインドビアＢＶＡ，ＢＶＢ，ＢＶＣの各々についても同様に製造することができる。なお、説明の便宜上、
ブラインドビアＢＶに関する説明は、ここでは繰り返さない。

図４に示すように、製造方法Ｍ１０は、複数の貫通孔及び非貫通孔を形成する工程Ｓ１１と、導体層１２，１３、スルービア１４ｉ、及びブラインドビアＢＶを形成する工程Ｓ１２と、を含んでいる。工程Ｓ１１及び工程Ｓ１２の各々は、それぞれ、特許請求の範囲に記載の第１の工程及び第２の工程の一例である。なお、本実施形態においては、工程Ｓ１２において、導体層１２，１３と、スルービア１４ｉと、ブラインドビアＢＶとを形成するものとして説明する。ただし、導体層１２，１３は、スルービア１４ｉ及びブラインドビアＢＶを形成する工程Ｓ１２とは別の工程により形成することもできる。

工程Ｓ１１は、各スルービア１４ｉに対応する複数の貫通孔と、ブラインドビアＢＶに対応する非貫通孔とを、基板１１に形成する工程である。より詳しくは、工程Ｓ１１は、（１）ポスト壁導波路ＰＷの基板１１を貫通する貫通孔を、図１に図示した各スルービア１４ｉに対応する位置に形成する作業を繰り返すことによって、各々が円柱状である複数の貫通孔を形成するとともに、（２）基板１１の一方の主面側からポスト壁導波路ＰＷの基板１１の内部に向かって円柱状（すなわち図２の（ａ）に図示する円柱Ｃ１〜Ｃ４の形状）の非貫通孔を形成する作業を繰り返すことによって、円柱Ｃ１〜Ｃ４の合併により近似される形状を有する非貫通孔を、図１に図示したブラインドビアＢＶに対応する位置に形成する。なお、上述したように、円柱Ｃ１〜Ｃ４の各々は、それぞれ、導体層１２に直交する中心軸Ａ１〜Ａ４を有する。工程Ｓ１１は、各々の直径が同一となるように各スルービア１４ｉに対応する複数の貫通孔及びブラインドビアＢＶに対応する複数の円柱状の非貫通孔を形成する。

これらの複数の貫通孔及び円柱状の非貫通孔は、レーザ加工機とウェットプロセスによるエッチングとの組み合わせ又はドリルを用いて形成することもできる。本実施形態においては、レーザ加工機を用いて工程Ｓ１１を実施する。具体的には、（１）レーザ加工機が生成するレーザ光を基板１１の予め定められた位置に照射することによって、基板１１を構成する石英に対して改質処理を施し、（２）改質処理を施した基板１１をフッ酸溶液に浸すことによって、基板１１のうち改質された領域（すなわち複数の貫通孔及び円柱状の非貫通孔に対応する領域）をエッチングすることによって、複数の貫通孔及び円柱状の非貫通孔を形成する。

工程Ｓ１２は、工程Ｓ１１により形成された複数の貫通孔の側面と、工程Ｓ１１により形成された非貫通孔の底面及び側面とを導体層で覆うことによって、各スルービア１４ｉ及びブラインドビアＢＶを形成する工程である。また、本実施形態において、工程Ｓ１２は、各スルービア１４ｉ及びブラインドビアＢＶを形成するとともに導体層１２，１３も併せて形成する。具体的には、（１）工程Ｓ１１により複数の貫通孔及び非貫通孔が形成された基板１１の一方の主面の上に、導体層１２となる銅の薄膜を形成し、（２）導体層１２が形成された基板１１の他方の主面の上に、導体層１３となる銅の薄膜を形成する。導体層１２を形成する工程において、各スルービア１４ｉの大部分と、ブラインドビアＢＶとが形成され、導体層１３を形成する工程において、各スルービア１４ｉの全体が形成される。なお、導体層１２を形成する工程と、導体層１３を形成する工程とを実施する順番は、何れを先にしてもよい。

なお、工程Ｓ１２においては、工程Ｓ１１により形成された複数の貫通孔の側面と、工程Ｓ１１により形成された非貫通孔の底面及び側面とを導体層で覆うことによって、各スルービア１４ｉ及びブラインドビアＢＶを形成する代わりに、前記複数の貫通孔及び前記非貫通孔の各々に導体を充填することによって、各スルービア１４ｉ及びブラインドビアＢＶをしてもよい。この場合、工程Ｓ１２とは別に導体層１２，１３を基板１１の主面の上に形成する工程が必要となる場合がある。

〔参考例群〕
第１の実施形態において説明したモード変換器１０の実施例群（後述する第１の実施例群及び第２の実施例群）の特性について説明する前に、本発明の参考例群であるモード変換器の特性について、図８を参照して説明する。図８は、参考例群であるモード変換器の反射特性を示すグラフである。

参考例群のモード変換器は、図１に示したモード変換器１０の構成をベースにし、ブラインドビアの形状を、図２の（ａ）に示したブラインドビアＢＶの形状から、ブラインドビアＢＶに外接する単純な円柱状に変更することによって得られる。したがって、平面視において、参考例のブラインドビアの形状は、円形状であり、その直径は、ブラインドビアＢＶの直径ＤＢと同一、すなわち２００μｍである。

参考例群のモード変換器においては、基板１１に相当する基板の厚さを７００μｍとし、ポスト壁導波路ＰＷの幅Ｗ１を４ｍｍとし、マイクロストリップライン２１の幅Ｗ２を２００μｍとした。そのうえで、参考例群のモード変換器においては、ブラインドビアの形状を近似する円柱Ｃ１〜Ｃ４に相当する円柱の高さＨＢを、５５０μｍ以上６５０μｍ以下の範囲内において１２．５μｍごとに変化させた（図８参照）。

このような参考例群のモード変換器のＳパラメータＳ（１，１）の波長依存性（以下において反射特性と称する）をシミュレーションし、その結果を図８に示す。同様に、参考例群のモード変換器について、ＳパラメータＳ（２，１）の波長依存性（以下において透過特性と称する）もシミュレーションしたが、図８に図示した縦軸のスケールでは有意な差を見いだせないため、図８には図示していない。

モード変換器の好ましい特性は、その用途などに応じて適宜定めることができる。本参考例及び以下に説明する実施例群では、２７．０ＧＨｚ以上２９．５ＧＨｚ以下の帯域（中心周波数が２８．２５ＧＨｚ）を動作帯域とし、この動作帯域において反射特性が−２０ｄＢ以下であるモード変換器を好ましいモード変換器とした。

図８を参照すれば、参考例群のモード変換器は、高さＨＢが５７５μｍ以上６３７．５μｍ以下である場合に好ましい反射特性を示し、ＨＢ＝６２５μｍの場合に、動作帯域内において最もよい反射特性を示すことが分かった。

〔比較例群〕
本発明の比較例群であるモード変換器の特性について、図９を参照して説明する。図９は、比較例群であるモード変換器の反射特性を示すグラフである。

比較例群のモード変換器は、直径ＤＢとして１００μｍを採用している点を除いて参考例群のモード変換器と同一に構成されている。

図９を参照すれば、比較例群のモード変換器は、高さＨＢを５５０μｍ以上６５０μｍ以下の範囲内において何れの値を採用した場合であっても、好ましい反射特性を示さないことが分かった。

〔第１の実施例群〕
図２の（ａ）に示したブラインドビアＢＶを備えたモード変換器１０の実施例群を、本発明の第１の実施例群とする。図５は、第１の実施例群のモード変換器１０の反射特性を示すグラフである。

第１の実施例群においても、参考例群と同様に、基板１１の厚さを７００μｍとし、ポスト壁導波路ＰＷの幅Ｗ１を４ｍｍとし、マイクロストリップライン２１の幅Ｗ２を２００μｍとした。そのうえで、ブラインドビアＢＶを近似する円柱Ｃ１〜Ｃ４の高さＨＢを、５５０μｍ以上６５０μｍ以下の範囲内において１２．５μｍごとに変化させた（図５参照）。

図５を参照すれば、第１の実施例群のモード変換器１０は、高さＨＢが５８７．５μｍ以上６３７．５μｍ以下である場合に好ましい反射特性を示し、ＨＢ＝６２５μｍの場合に、動作帯域内において最もよい反射特性を示すことが分かった。特に、ＨＢ＝６２５μｍであるモード変換器１０は、参考例群のモード変換器であってＨＢ＝６２５μｍであるモード変換器よりも良好な反射特性を示すことが分かった。

以上のように、高さＨＢを適宜設定した第１の実施例群のモード変換器１０は、参考例群のモード変換器と同様に好ましい反射特性を示すことが分かった。

〔第２の実施例群〕
図２の（ｂ）に示したブラインドビアＢＶＡを備えたモード変換器１０の実施例群を、本発明の第２の実施例群とする。図６は、第２の実施例群のモード変換器１０の反射特性を示すグラフである。

第２の実施例群においても、各設計パラメータは、第１の実施例群と同じとした。そのため、ここでは、その説明を省略する。

図６を参照すれば、第２の実施例群のモード変換器１０は、高さＨＢが５８７．５μｍ以上６３７．５μｍ以下である場合に好ましい反射特性を示し、ＨＢ＝６１２．５μｍの場合に、動作帯域内において最もよい反射特性を示すことが分かった。

以上のように、高さＨＢを適宜設定した第２の実施例群のモード変換器１０は、参考例群のモード変換器と同様に好ましい反射特性を示すことが分かった。

〔第３の実施例及び第４の実施例〕
図３の（ａ）に示したブラインドビアＢＶＢを備えたモード変換器１０を本発明の第３の実施例とし、図３の（ｂ）に示したブラインドビアＢＶＣを備えたモード変換器１０を本発明の第４の実施例とする。図７は、第１の実施例のモード変換器１０、第３の実施例のモード変換器１０、及び第４の実施例の１０の反射特性を示すグラフである。

第３の実施例及び第４の実施例において、高さＨＢｂ以外の各設計パラメータは、第１の実施例群と同じとした。そのうえで、第３の実施例及び第４の実施例では、高さＨＢaを６００μｍ、高さＨＢｂを６５０μｍとした。また、第１の実施例群のうち高さＨＢが６００μｍであるモード変換器１０を第１の実施例とした。すなわち、第１の実施例の高さＨＢと、第３の実施例及び第４の実施例の高さＨＢａは、同じである。

図７を参照すれば、高さＨＢと高さＨＢａが同じ場合に、第３の実施例及び第４の実施例は、第１の実施例よりも好ましい反射特性を示すことが分かった。

〔実施例のまとめ〕
以上のように、本発明の一実施例によれば、２８ＧＨｚ帯を動作帯域とする幅Ｗ１が４ｍｍであるモード変換器１０であって、基板１１に対して各スルービア１４ｉ及びブラインドビアＢＶを同じ工程により形成することによって得られたモード変換器１０であっても、参考例群のモード変換器と遜色ない好ましい特性が得られることが分かった。

〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１０ モード変換器
ＰＷ ポスト壁導波路
１１ 基板
１２，１３ 導体層
１４ ポスト壁
１４ａ，１４ｂ 狭壁
１４ｉ スルービア
１５ 誘電体層
ＭＳ マイクロストリップ線路
２１ マイクロストリップライン
ＢＶ，ＢＶＡ，ＢＶＢ，ＢＶＣ ブラインドビア
Ｃ１〜Ｃ８，Ｃ５Ｂ，Ｃ５Ｃ 円柱
Ａ１〜Ａ４，Ａ５Ｂ，Ａ５Ｃ 中心軸

Claims (5)

1. ポスト壁導波路と、
   前記ポスト壁導波路の主面に形成されたマイクロストリップ線路と、
   前記ポスト壁導波路の内部に形成されたブラインドビアであって、前記ポスト壁導波路の導波モードと前記マイクロストリップ線路の導波モードとを相互に変換するブラインドビアと、を備え、
   前記ブラインドビアは、前記主面に直交する中心軸を有する複数の円柱の合併により近似される形状を有し、
   前記複数の円柱の各々の直径は、前記ポスト壁導波路のポスト壁を構成するスルービアの形状を近似する円柱の直径と同一である、
   ことを特徴とするモード変換器。
2. 前記複数の円柱は、１個の円柱と、前記１個の円柱を取り囲むｎ個の円柱と、からなり、
   合併された前記複数の円柱は、前記１個の円柱の中心軸を対称軸とするｎ回の回転対称性を有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のモード変換器。
3. 前記１個の円柱の高さは、前記ｎ個の円柱の高さよりも高い、
   ことを特徴とする請求項２に記載のモード変換器。
4. 前記１個の円柱の底面及び前記ｎ個の円柱の底面は、球面の一部により近似される、
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載のモード変換器。
5. 狭壁が柵状に配置された複数のスルービアからなるポスト壁導波路と、前記ポスト壁導波路の主面に形成されたマイクロストリップ線路と、前記ポスト壁導波路の内部に形成されたブラインドビアであって、前記ポスト壁導波路の導波モードと前記マイクロストリップ線路の導波モードとを相互に変換するブラインドビアと、を備えたモード変換器の製造方法であって、
   （１）ポスト壁導波路を貫通する貫通孔を形成する作業を繰り返すことによって、各々が円柱状である複数の貫通孔を形成するとともに、（２）前記主面側から前記ポスト壁導波路の内部に向かって円柱状の非貫通孔を形成する作業を繰り返すことによって、前記主面に直交する中心軸を有する複数の円柱の合併により近似される形状を有する非貫通孔を形成する第１の工程と、
   前記複数の貫通孔の側面と、前記非貫通孔の底面及び側面とを導体層で覆う、又は、前記複数の貫通孔及び前記非貫通孔の各々に導体を充填することによって、前記複数のスルービア及び前記ブラインドビアを形成する第２の工程と、を含んでおり、
   前記第１の工程は、各々の直径が同一となるように前記複数の貫通孔及び複数の前記円柱状の非貫通孔を形成する、
   ことを特徴とするモード変換器の製造方法。

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