JP6881678B2 - ミリ波モジュール、および、ミリ波モジュールの製造方法 - Google Patents

ミリ波モジュール、および、ミリ波モジュールの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、ミリ波帯の高周波信号を用いた電子部品であるミリ波モジュールに関する。
従来、各種のミリ波モジュールが提案されている。例えば、非特許文献１には、部品内蔵基板の技術を用いたミリ波モジュールが記載されている。
非特許文献１に記載のミリ波モジュールは、ＦＯＷＬＰ（Ｆａｎ Ｏｕｔ Ｗａｆｅｒ Ｌｅｖｅｌ Ｐａｃｋａｇｅ）の技術を用いている。
C-H Tsaiet.al., "Array Antenna Integrated Fan-out Wafer Level Packaging (InFO-WLP) forMillimeter Wave System Applications, IEDM 2013, p. IEDM13-605 (2013)
従来のミリ波モジュールにおいて、厚み方向に異なる複数の層に、伝送線路またはアンテナ等を形成する場合、これら複数の層に形成した導体パターンを、厚み方向に延びる導体パターン等によって接続しなければならないことがある。
しかしながら、厚み方向に延びる導体パターンは、インダクタンス成分を有する。そして、ミリ波の周波数帯域では、当該インダクタンス成分によってミスマッチングが生じてしまい、複数の層の導体パターン間での伝送損失が生じてしまう。
したがって、本発明の目的は、複数の層の導体パターン間での伝送損失を抑制するミリ波モジュールを提供することにある。
本発明のミリ波モジュールは、絶縁性基板、第１導体パターン、第２導体パターン、グランド用導体パターン、第１導電部材、第２導電部材、および、キャパシタンス生成用の誘電体部材、を備える。絶縁性基板は、厚み方向の異なる位置に配置された互いに平行な第１主面と第２主面とを有する。第１導体パターンは、第１主面に形成され、ミリ波信号を伝搬する。第２導体パターンは、第２主面に形成され、ミリ波信号を伝搬する。グランド用導体パターンは、第１主面または第２主面に形成されている。第１導電部材は、絶縁性基板における第１導体パターンと第２導体パターンとの間に形成され、第１導体パターンと第２導体パターンとを厚み方向に導通させる。第２導電部材は、絶縁性基板におけるグランド用導体パターンに重なる位置に形成され、グランド用導体パターンに接続する。キャパシタンス生成用の誘電体部材は、第１導電部材と第２導電部材との間に配置され、第１導電部材と第２導電部材とに当接し、絶縁性基板の誘電率とは異なる誘電率を有する。
この構成では、第１導電部材と第２導電部材とが誘電体部材によって挟まれる形状によって、第１導体パターンを第２導体パターンとを接続する接続ラインとグランド電位（接地電位）との間に接続されるキャパシタが形成される。これにより、接続ラインがインダクタンスを持っていても、接続ラインの特性インピーダンスが所望値になり、インピーダンスマッチングが実現される。また、この構成では、簡易な構造であり、製造が容易である。また、簡易な構造であり、高精度な寸法で形状が実現される。
また、この発明のミリ波モジュールでは、誘電体部材の誘電率は、絶縁性基板の誘電率よりも高いことが好ましい。
この構成では、所望のキャパシタンスを得るためのキャパシタを形成する部分が小さくなる。
また、この発明のミリ波モジュールでは、第１導電部材、第２導電部材、および、誘電体部材は、厚み方向に延びる柱状であることが好ましい。
この構成では、さらに簡易な構造となり、製造がさらに容易で、且つ、高精度な寸法の形状が、より確実に実現される。
また、この発明のミリ波モジュールでは、第１導電部材および第２導電部材は、角部が面取りされた形状であることが好ましい。
この構成では、第１導電部材および第２導電部材の角部での電界集中が抑制され、特性が更に向上する。
また、この発明のミリ波モジュールの製造方法では、次の各工程を有する。この製造方法は、厚み方向の異なる位置に配置された互いに平行な第１主面と第２主面とを有する絶縁性基板に対して、第１主面から第２主面に亘る第１の孔を形成し、該第１の孔に絶縁性基板の誘電率と異なる誘電率の誘電体材料を充填して、誘電体部材を形成する工程と、絶縁性基板の誘電体部材に当接する箇所に、第１主面から第２主面に亘る第２の孔を形成し、該第２の孔に導電性材料を充填して、第２導電部材を形成する工程と、を有する。また、この製造方法は、絶縁性基板の誘電体部材に当接し、第２導電部材に接触しない箇所に、第１主面から第２主面に亘る第３の孔を形成し、該第３の孔に導電性材料を充填して、第１導電部材を形成する工程を有する。また、この製造方法は、絶縁性基板の第１主面において、第１導電部材に重なる位置に、ミリ波信号を伝搬する第１導体パターンを形成し、第２導電部材に重なる位置に、グランド用導体パターンを形成する工程と、絶縁性基板の第２主面において、第１導電部材に重なる位置に、ミリ波信号を伝搬する第２導体パターンを形成し、第２導電部材に重なる位置に、グランド用導体パターンを形成する工程と、を有する。
この製造方法では、上述の所望の特性インピーダンスが得られるミリ波モジュールが、容易、且つ、精度良く製造される。
また、この発明のミリ波モジュールの製造方法では、次の各工程を有する。この製造方法は、厚み方向の異なる位置に配置された互いに平行な第１主面と第２主面とを有する絶縁性基板に対して、第１主面から第２主面に亘る第４の孔を形成する工程と、絶縁性基板における前記第４の孔に近接する位置に、第１主面から第２主面に亘る第５の孔を形成する工程と、を有する。この製造方法は、絶縁性基板の第４の孔に導電性材料を充填して、第１導電部材を形成する工程と、絶縁性基板の第５の孔に導電性材料を充填して、第２導電部材を形成する工程と、を有する。この製造方法は、絶縁性基板における第１導電部材と第２導電部材とに挟まれる領域に、第１導電部材および第２導電部材の側面を露出する第６の孔を形成する工程と、誘電体基板と異なる誘電率の誘電体材料を第６の孔に充填して、誘電体部材を形成する工程と、を有する。また、この製造方法は、絶縁性基板の第１主面において、第１導電部材に重なる位置に、ミリ波信号を伝搬する第１導体パターンを形成し、第２導電部材に重なる位置に、グランド用導体パターンを形成する工程と、絶縁性基板の第２主面において、第１導電部材に重なる位置に、ミリ波信号を伝搬する第２導体パターンを形成し、第２導電部材に重なる位置に、グランド用導体パターンを形成する工程と、を有する。
この製造方法では、上述の所望の特性インピーダンスが得られるミリ波モジュールが、容易、且つ、精度良く製造される。
この発明によれば、ミリ波モジュールにおいて、複数の層の導体パターン間での伝送損失を抑制できる。
図１（Ａ）は第１の実施形態に係るミリ波モジュール１０の側面図であり、図１（Ｂ）は第１の実施形態に係るミリ波モジュール１０のグランド用導体パターン２２２の層を視た平面図であり、図１（Ｃ）は第１の実施形態に係るミリ波モジュール１０の一方の信号用導体パターン２１の層を視た平面図である。 図２は第１の実施形態に係るミリ波モジュール１０の反射特性を示すスミスチャートである。 図３はミリ波モジュール１０の製造方法の第１例のフローチャートである。 図４（Ａ）、図４（Ｂ）、図４（Ｃ）、図４（Ｄ）、図４（Ｅ）は、ミリ波モジュール１０の製造方法の第１例における主要工程での形状を示す断面図である。 図５（Ａ）、図５（Ｂ）、図５（Ｃ）、図５（Ｄ）は、ミリ波モジュール１０の製造方法の第１例における主要工程での形状を示す断面図である。 図６はミリ波モジュール１０の製造方法の第２例のフローチャートである。 図７（Ａ）、図７（Ｂ）、図７（Ｃ）、図７（Ｄ）、図７（Ｅ）は、ミリ波モジュール１０の製造方法の第２例における主要工程での形状を示す断面図である。 図８（Ａ）は、第２の実施形態に係るミリ波モジュール１０Ａの第１主面を示す図であり、図８（Ｂ）は、第２の実施形態に係るミリ波モジュール１０Ａの断面図である。 図９は第３の実施形態に係るミリ波モジュール１０Ｂの構成を示す断面図である。 図１０（Ａ）は第１派生例のグランド用導体パターン２２２の層を視た平面図であり、図１０（Ｂ）は第１派生例の一方の信号用導体パターン２１の層を視た平面図である。 図１１（Ａ）は第２派生例のミリ波モジュール１０における一方のグランド用導体パターン２２２の層を視た平面図であり、図１１（Ｂ）は第２派生例のミリ波モジュール１０における信号用導体パターン２１の層を視た平面図である。 図１２（Ａ）は、第３の派生例のミリ波モジュール１０におけるキャパシタの形成部分を拡大した平面図であり、図１２（Ｂ）は、キャパシタの形成部分の等価回路図である。 図１３（Ａ）は、第３の派生例のミリ波モジュール１０におけるキャパシタの形成部分を拡大した側面断面図であり、図１３（Ｂ）は、キャパシタの形成部分における局所的なキャパシタの構成を示す図である。 図１４（Ａ）は、第４の派生例のミリ波モジュール１０における一方のグランド用導体パターン２２２の層を視た平面図であり、図１４（Ｂ）は、第４の派生例のミリ波モジュール１０における信号用導体パターン２１の層を視た平面図である。
本発明の第１の実施形態に係るミリ波モジュールについて、図を参照して説明する。図１（Ａ）は第１の実施形態に係るミリ波モジュール１０の側面図であり、図１（Ｂ）は第１の実施形態に係るミリ波モジュール１０のグランド用導体パターン２２２の層を視た平面図であり、図１（Ｃ）は第１の実施形態に係るミリ波モジュール１０の一方の信号用導体パターン２１の層を視た平面図である。なお、各図は、構成を分かり易くするため、寸法の関係を誇張しており、実際の寸法の関係とは異なる。
図１（Ａ）、図１（Ｂ）、図１（Ｃ）に示すように、ミリ波モジュール１０は、絶縁性基板１００、再配線層１１０、再配線層１２０、第１伝送線路２０、第２伝送線路３０、第１導電部材４１、第２導電部材４２、誘電体部材４３を備える。
ミリ波モジュール１０は、例えば、ＦＯＷＬＰ（Ｆａｎ Ｏｕｔ Ｗａｆｅｒ Ｌｅｖｅｌ Ｐａｃｋａｇｅ）技術を用いて実現される。
絶縁性基板１００は、互いに平行な第１主面１０１および第２主面１０２を有する。第１主面１０１および第２主面１０２は、Ｘ方向とＹ方向（Ｘ方向に直交する方向）とに並行な面である。第１主面１０１および第２主面１０２は、Ｚ方向（Ｘ方向およびＹ方向に直交する方向）において、離間している。このＺ方向が、絶縁性基板１００の厚み方向に相当する。
第１伝送線路２０は、絶縁性基板１００の第１主面１０１側の再配線層１１０に形成されている。
第１伝送線路２０は、信号用導体パターン２１、グランド用導体パターン２２１、および、グランド用導体パターン２２２を備える。信号用導体パターン２１が、本発明の「第１導体パターン」に対応する。
グランド用導体パターン２２２は、絶縁性基板１００の第１主面１０１に形成されている。グランド用導体パターン２２２は、所定の面積を有する平膜状の導体パターンである。グランド用導体パターン２２２は、例えば、絶縁性基板１００におけるミリ波モジュール１０として用いる領域にて、第１主面１０１の略全面に形成されている。
グランド用導体パターン２２２は、所定の面積からなる導体非形成部７１を有する。
グランド用導体パターン２２２を基準として絶縁性基板１００側と反対側には、信号用導体パターン２１が形成されている。信号用導体パターン２１とグランド用導体パターン２２２との間には、再配線層１１０を形成する絶縁体層が形成されている。この絶縁層も、絶縁性基板１００におけるミリ波モジュール１０として用いる領域にて、第１主面１０１側の略全面に形成されている。
信号用導体パターン２１は、図１（Ｃ）に示すように、所定の幅（Ｙ方向の長さ）を有し、Ｘ方向に延びる形状である。信号用導体パターン２１の延びる方向の一端は、ミリ波モジュール１０の平面視において、グランド用導体パターン２２２の導体非形成部７１に重なっている。
信号用導体パターン２１を基準としてグランド用導体パターン２２２側と反対側には、グランド用導体パターン２２１が形成されている。グランド用導体パターン２２１は、所定の面積を有する平膜状の導体パターンである。
グランド用導体パターン２２１は、例えば、絶縁性基板１００におけるミリ波モジュール１０として用いる領域にて、第１主面１０１側の略全面に形成されている。信号用導体パターン２１とグランド用導体パターン２２１との間には、再配線層１１０を形成する絶縁体層が形成されている。この絶縁層も、絶縁性基板１００におけるミリ波モジュール１０として用いる領域にて、第１主面１０１側の略全面に形成されている。
グランド用導体パターン２２１とグランド用導体パターン２２２とは、複数のビア導体８１０によって接続されている。
この構成によって、第１伝送線路２０は、ストリップラインを形成している。
第２伝送線路３０は、絶縁性基板１００の第２主面１０２側の再配線層１２０に形成されている。
第２伝送線路３０は、信号用導体パターン３１、グランド用導体パターン３２１、および、グランド用導体パターン３２２を備える。信号用導体パターン３１が、本発明の「第２導体パターン」に対応する。
グランド用導体パターン３２２は、絶縁性基板１００の第２主面１０２に形成されている。グランド用導体パターン３２２は、所定の面積を有する平膜状の導体パターンである。グランド用導体パターン３２２は、例えば、絶縁性基板１００におけるミリ波モジュール１０として用いる領域にて、第２主面１０２の略全面に形成されている。
グランド用導体パターン３２２は、所定の面積からなる導体非形成部７２を有する。グランド用導体パターン３２２の導体非形成部７２は、ミリ波モジュール１０の平面視において、グランド用導体パターン２２２の導体非形成部７１に重なっている。
グランド用導体パターン３２２を基準として絶縁性基板１００側と反対側には、信号用導体パターン３１が形成されている。信号用導体パターン３１とグランド用導体パターン３２２との間には、再配線層１２０を形成する絶縁体層が形成されている。この絶縁層も、絶縁性基板１００におけるミリ波モジュール１０として用いる領域にて、第２主面１０２側の略全面に形成されている。
信号用導体パターン３１は、信号用導体パターン２１と同様に、所定の幅（Ｙ方向の長さ）を有し、Ｘ方向に延びる形状である。信号用導体パターン３１の延びる方向の一端は、ミリ波モジュール１０の平面視において、グランド用導体パターン３２２の導体非形成部７２に重なっている。
信号用導体パターン３１を基準としてグランド用導体パターン３２２側と反対側には、グランド用導体パターン３２１が形成されている。グランド用導体パターン３２１は、所定の面積を有する平膜状の導体パターンである。
グランド用導体パターン３２１は、例えば、絶縁性基板１００におけるミリ波モジュール１０として用いる領域にて、第２主面１０２側の略全面に形成されている。信号用導体パターン３１とグランド用導体パターン３２１との間には、再配線層１１０を形成する絶縁体層が形成されている。この絶縁層も、絶縁性基板１００におけるミリ波モジュール１０として用いる領域にて、第２主面１０２側の略全面に形成されている。
グランド用導体パターン３２１とグランド用導体パターン３２２とは、複数のビア導体８２０によって接続されている。
この構成によって、第２伝送線路３０は、ストリップラインを形成している。
第１導電部材４１は、絶縁性基板１００の厚み方向に沿って延びる柱状である。より具体的には、本実施形態では、第１導電部材４１は、直方体形状である。
第１導電部材４１は、ミリ波モジュール１０の平面視において、グランド用導体パターン２２２における導体非形成部７１に重なり、信号用導体パターン２１の一端に重なる位置に配置されている。また、第１導電部材４１は、ミリ波モジュール１０の平面視において、グランド用導体パターン３２２における導体非形成部７２に重なり、信号用導体パターン３１の一端に重なる位置に配置されている。
第１導電部材４１は、絶縁性基板１００を第１主面１０１から第２主面１０２まで貫通するとともに、再配線層１１０および再配線層１２０内に達する形状である。第１導電部材４１の再配線層１１０側の端部は、信号用導体パターン２１に接続し、第２導電部材４２の再配線層１２０側の端部は、信号用導体パターン３１に接続している。これにより、第１導電部材４１は、信号用導体パターン２１と信号用導体パターン３１とを電気的に接続している。
第２導電部材４２は、絶縁性基板１００の厚み方向に沿って延びる柱状である。より具体的には、本実施形態では、第２導電部材４２は、直方体形状である。
第２導電部材４２は、ミリ波モジュール１０の平面視において、グランド用導体パターン２２２における導体非形成部７１の外縁部に配置されており、グランド用導体パターン２２２に重なっている。また、第２導電部材４２は、ミリ波モジュール１０の平面視において、グランド用導体パターン３２２における導体非形成部７２の外縁部に配置されており、グランド用導体パターン３２２に重なっている。
第２導電部材４２は、絶縁性基板１００を第１主面１０１から第２主面１０２まで貫通する形状である。したがって、第２導電部材４２は、グランド用導体パターン２２２に接続するとともに、グランド用導体パターン３２２に接続している。これにより、第２導電部材４２は、グランド用導体パターン２２２とグランド用導体パターン３２２とを電気的に接続している。
誘電体部材４３は、絶縁性基板１００の厚み方向に沿って延びる柱状である。より具体的には、本実施形態では、誘電体部材４３は、直方体形状である。
誘電体部材４３は、絶縁性基板１００の厚み方向に平行で、互いに対向する第１側面と第２側面とを有する。第１側面は、第１導電部材４１に当接しており、第２側面は、第２導電部材４２に当接している。
この構成によって、誘電体部材４３が第１導電部材４１と第２導電部材４２との挟まれる構造となり、所定のキャパシタンスを有するキャパシタが形成される。したがって、信号用導体パターン２１と信号用導体パターン３１とを接続する接続ラインと、グランド電位（接地電位）との間に、キャパシタが接続された構成となる。
これにより、それぞれ異なる層に形成された第１伝送線路２０と第２伝送線路３０とを接続する接続ラインがインダクタンスを有していても、このキャパシタンスによって、接続ラインの特性インピーダンスを、第１伝送線路２０および第２伝送線路３０の特性インピーダンスに合わせることができる。言い換えれば、第１伝送線路２０および第２伝送線路３０に対する適切なインピーダンスマッチングが実現される。この結果、第１伝送線路２０と第２伝送線路３０との間で、ミリ波信号の低損失な伝搬が実現される。
図２は、第１の実施形態に係るミリ波モジュールの反射特性を示すスミスチャートである。図２は、５０ＧＨｚから７０ＧＨｚまでのＳ１１特性およびＳ２２特性を示す。図２に示すように、ミリ波モジュール１０の構成を用いることによって、５０ＧＨｚから７０ＧＨｚまで、Ｓ１１およびＳ１２がスミスチャートの中央付近になる。したがって、ミリ波帯において、適切なインピーダンスマッチングが行われていることが分かる。
ここで、誘電体部材４３の誘電率は、絶縁性基板１００の誘電率とは異なる。これにより、所望のキャパシタンスを実現し易く、適切なインピーダンスマッチングをさらに実現し易くなる。
より好ましくは、誘電体部材４３の誘電率は、絶縁性基板１００の誘電率よりも高い。例えば、絶縁性基板１００の材料に、ＦＯＷＬＰ技術で用いるモールド部材として一般的に利用する材料を用いた場合、誘電体部材４３の材料は、誘電率が約１０のアルミナ、誘電率が８よりも大きな窒化アルミニウム、窒化ケイ素、ジルコニア、イットリア、ハフニア等にすればよい。これにより、キャパシタンスを形成する構造を小さくでき、ミリ波モジュール１０を小型化できる。
さらに、この構成では、接続ラインを構成する第１導電部材４１、第２導電部材４２、および、誘電体部材４３が、それぞれ柱状、すなわち、簡易な形状である。したがって、ＦＯＷＬＰ技術等を用いて、第１導電部材４１、第２導電部材４２、および、誘電体部材４３の形状を、高精度に実現でき、所望のキャパシタンスを高精度に実現できる。
このような構成からなるミリ波モジュール１０は、例えば、次に示す方法で製造することができる。
図３は、ミリ波モジュールの製造方法の第１例のフローチャートである。図４（Ａ）、図４（Ｂ）、図４（Ｃ）、図４（Ｄ）、図４（Ｅ）、図５（Ａ）、図５（Ｂ）、図５（Ｃ）、図５（Ｄ）は、ミリ波モジュールの製造方法の第１例における主要工程での形状を示す断面図である。
まず、絶縁性基板１００に、第１主面１０１から第２主面１０２に亘る孔を形成する。絶縁性基板１００と異なる誘電率の誘電体材料をこの孔に充填することによって、図４（Ａ）に示すように、誘電体部材４３を形成する（Ｓ１１）。この工程で形成される孔が、本発明の「第１の孔」に対応する。
次に、絶縁性基板１００における誘電体部材４３に当接する位置に、第１主面１０１から第２主面１０２に亘る孔を形成する。この際、誘電体部材４３の形成領域を部分的に含むように孔を形成することによって、孔と誘電体部材４３とを当接させることができる。導電性材料をこの孔に充填することによって、図４（Ｂ）に示すように、第２導電部材４２を形成する（Ｓ１２）。この工程で形成される孔が、本発明の「第２の孔」に対応する。
次に、絶縁性基板１００における誘電体部材４３に当接する位置に、第１主面１０１から第２主面１０２に亘る孔を形成する。この際、誘電体部材４３の形成領域を部分的に含むように孔を形成することによって、孔と誘電体部材４３とを当接させることができる。導電性材料をこの孔に充填することによって、図４（Ｃ）に示すように、第１導電部材４１を形成する（Ｓ１３）。この工程で形成される孔が、本発明の「第３の孔」に対応する。
これらの工程は、絶縁性基板１００に対して第１主面１０１から第２主面１０２に亘る凹部を、それぞれ順次形成して、当該凹部に、誘電体部材４３、第２導電部材４２、および、第１導電部材４１をそれぞれ形成した後に、絶縁性基板１００の第２主面１０２側を削り、誘電体部材４３、第２導電部材４２、および、第１導電部材４１を露出させることによって実現できる。
次に、図４（Ｄ）に示すように、絶縁性基板１００の第１主面１０１側に、グランド用導体パターン２２２を形成する（Ｓ１４）。この際、パターニング等によって、グランド用導体パターン２２２に導体非形成部７１を形成する。導体非形成部７１は、少なくとも第１導電部材４１に重なる形状に形成されている。さらに、図４（Ｅ）に示すように、絶縁性基板１００の第１主面１０１側に、絶縁層１１０１を形成する（Ｓ１５）。この際、絶縁層１１０１は、グランド用導体パターン２２２を含む、第１主面１０１の全面を覆う。
次に、図４（Ｅ）に示すように、絶縁層１１０１における導体非形成部７１に重なる位置に、孔を形成し、この孔に導電性材料を充填することによって、第１導電部材４１を延伸する（Ｓ１６）。
次に、図５（Ａ）に示すように、絶縁層１１０１の表層に、信号用導体パターン２１を形成する（Ｓ１７）。この際、信号用導体パターン２１の一端が第１導電部材４１に重なるように、信号用導体パターン２１を形成する。
次に、図５（Ｂ）に示すように、絶縁性基板１００の第２主面１０２側に、グランド用導体パターン３２２を形成する（Ｓ１８）。この際、パターニング等によって、グランド用導体パターン３２２に導体非形成部７２を形成する。導体非形成部７２は、少なくとも第１導電部材４１に重なる形状に形成されている。さらに、図５（Ｃ）に示すように、絶縁性基板１００の第２主面１０２側に、絶縁層１２０１を形成する（Ｓ１９）。この際、絶縁層１２０１は、グランド用導体パターン３２２を含む、第２主面１０２の全面を覆う。
次に、図５（Ｃ）に示すように、絶縁層１２０１における導体非形成部７２に重なる位置に、孔を形成し、この孔に導電性材料を充填することによって、第１導電部材４１を延伸する（Ｓ２０）。
次に、図５（Ｄ）に示すように、絶縁層１２０１の表層に、信号用導体パターン３１を形成する（Ｓ２１）。この際、信号用導体パターン３１の一端が第１導電部材４１に重なるように、信号用導体パターン３１を形成する。
この後、図示を省略するが、図５（Ｄ）に示す構造体の表面に、絶縁層とグランド用導体パターン２２１を形成し、この構造体の裏面に、絶縁層とグランド用導体パターン３２２を形成する（Ｓ２２）。これにより、第１伝送線路２０および第２伝送線路３０が形成される。
このような製造方法を用いることによって、上述のミリ波モジュール１０の構成を確実且つ高精度に実現できる。
図６は、ミリ波モジュールの製造方法の第２例のフローチャートである。図７（Ａ）、図７（Ｂ）、図７（Ｃ）、図７（Ｄ）、図７（Ｅ）は、ミリ波モジュールの製造方法の第２例における主要工程での形状を示す断面図である。なお、第２例の製造方法は、第１導電部材４１、第２導電部材４２、および、誘電体部材４３の形成の工程までが、第１例と異なる。第２例のこれ以降の工程は、第１例と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。
まず、図７（Ａ）に示すように、絶縁性基板１００に、第１主面１０１から第２主面１０２に亘る孔４０２を形成する（Ｓ３１）。この工程で形成される孔が、本発明の「第５の孔」に対応する。
次に、図７（Ｂ）に示すように、絶縁性基板１００における孔４０２に近接する位置に、孔４０３を形成する（Ｓ３２）。この工程で形成される孔が、本発明の「第４の孔」に対応する。なお、孔４０２と孔４０３の形成順はこれに限らない。
次に、孔４０２に導電性材料を充填することによって、第２導電部材４２を形成する（Ｓ３３）。また、孔４０３に導電性材料を充填することによって、第１導電部材４１を形成する（Ｓ３４）。
次に、第１導電部材４１と第２導電部材４２との間に、孔４０１を形成する（Ｓ３５）。この際、孔４０１は、第１導電部材４１の側面と第２導電部材４２の側面とを所定面積で露出させるように形成される。この工程で形成される孔が、本発明の「第６の孔」に対応する。
そして、絶縁性基板１００と異なる誘電率の誘電体材料を孔４０１に充填することによって、誘電体部材４３を形成する（Ｓ３６）。
このような製造方法を用いることによって、上述のミリ波モジュール１０の構成を確実且つ高精度に実現できる。
次に、本発明の第２の実施形態に係るミリ波モジュールについて、図を参照して説明する。図８（Ａ）は、第２の実施形態に係るミリ波モジュール１０Ａの第１主面１０１を示す図であり、図８（Ｂ）は、第２の実施形態に係るミリ波モジュール１０Ａの断面図である。なお、各図は、構成を分かり易くするため、寸法の関係を誇張しており、実際の寸法の関係とは異なる。
第２の実施形態に係るミリ波モジュール１０Ａは、第１の実施形態に係るミリ波モジュール１０に対して、ストリップラインがＣＰＷ（コプレ−ナ導波路）に置き換わった点で異なる。ミリ波モジュール１０Ａの他の構成は、ミリ波モジュール１０と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。
ミリ波モジュール１０Ａは、絶縁性基板１００、信号用導体パターン２１、グランド用導体パターン２２、信号用導体パターン３１、グランド用導体パターン３２、第１導電部材４１Ａ、第２導電部材４２Ａ、および、誘電体部材４３Ａを備える。
信号用導体パターン２１およびグランド用導体パターン２２は、絶縁性基板１００の第１主面１０１に形成されている。信号用導体パターン２１とグランド用導体パターン２２とは、空隙（導体非形成部）２３によって分離されている。これにより、第１伝送線路２０Ａが形成されている。
信号用導体パターン３１およびグランド用導体パターン３２は、絶縁性基板１００の第２主面１０２に形成されている。信号用導体パターン３１とグランド用導体パターン３２とは、空隙（導体非形成部）３３によって分離されている。これにより、第２伝送線路３０Ａが形成されている。
第１導電部材４１Ａ、第２導電部材４２Ａ、および、誘電体部材４３Ａは、それぞれに柱状である。第１導電部材４１Ａ、第２導電部材４２Ａ、および、誘電体部材４３Ａの基本的な材料、製造方法は、それぞれに、第１導電部材４１、第２導電部材４２、および、誘電体部材４３と同様である。
第１導電部材４１Ａ、第２導電部材４２Ａ、および、誘電体部材４３Ａは、絶縁性基板１００に埋め込まれる形状であって、第１主面１０１と第２主面１０２とに露出している。誘電体部材４３Ａは、第１導電部材４１Ａと第２導電部材４２Ａとに挟まれている。
信号用導体パターン２１は、第１導電部材４１Ａにおける第１主面１０１側の端部に接続されている。信号用導体パターン３１は、第１導電部材４１Ａにおける第２主面１０２側の端部に接続されている。
グランド用導体パターン２２は、第２導電部材４２Ａにおける第１主面１０１側の端部に接続されている。グランド用導体パターン３２は、第２導電部材４２Ａにおける第２主面１０２側の端部に接続されている。
このような構造によって、ミリ波モジュール１０Ａは、ミリ波モジュール１０と同様の作用効果を奏する。
次に、第３の実施形態に係るミリ波モジュールについて、図を参照して説明する。図９は、第３の実施形態に係るミリ波モジュール１０Ｂの構成を示す断面図である。なお、図は、構成を分かり易くするため、寸法の関係を誇張しており、実際の寸法の関係とは異なる。
第３の実施形態に係るミリ波モジュール１０Ｂは、第１の実施形態に係るミリ波モジュール１０に対して、第１伝送線路２０をアンテナ９０に変更した構成を有する。ミリ波モジュール１０Ｂの他の構成は、ミリ波モジュール１０と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。
アンテナ９０は、絶縁性基板１００の第１主面１０１側の再配線層１１０に形成されている。アンテナ９０は、放射用導体パターン９１、グランド用導体パターン９２を備える。
放射用導体パターン９１は、再配線層１１０の表面に形成されている。放射用導体パターン９１は、所謂パッチアンテナを構成する矩形等の導体パターンである。
グランド用導体パターン９２は、絶縁性基板１００の第１主面１０１（再配線層１１０の裏面）に形成されている。グランド用導体パターン９２は、平面視において、放射用導体パターン９１に重なる領域を含んで、放射用導体パターン９１よりも広い面積で形成されている。
グランド用導体パターン９２は、放射用導体パターン９１に重なる部分に、導体非形成部７１を備える。
第１導電部材４１Ｂは、導体非形成部７１に重なる位置に形成されており、放射用導体パターン９１と、信号用導体パターン３１とを接続している。放射用導体パターン９１への第１導電部材４１Ｂの接続点が、アンテナ９０の給電点となる。
第２導電部材４２Ｂは、グランド用導体パターン９２と、第２主面１０２に形成された第２伝送線路３０のグランド用導体パターン３２２とを接続している。
この構成によって、ミリ波モジュール１０Ｂは、第２伝送線路３０からアンテナ９０に給電する構成を実現している。そして、この構成によって、ミリ波モジュール１０Ｂは、給電用の伝送線路とアンテナとのインピーダンスマッチングを高精度に実現する。したがって、損失の小さなミリ波のアンテナモジュールを実現できる。
上述の説明では、第１導電部材、第２導電部材、および、誘電体部材を、直方体で形成する態様を示したが、第１導電部材、第２導電部材、および、誘電体部材は、次の構成であってもよい。
図１０（Ａ）は第１の派生例のミリ波モジュール１０におけるグランド用導体パターン２２２の層を視た平面図であり、図１０（Ｂ）は第１の派生例のミリ波モジュール１０における一方の信号用導体パターン２１の層を視た平面図である。
図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）に示すように、第１導電部材４１Ｃ、第２導電部材４２Ｃ、および、誘電体部材４３Ｃは、平面視の形状が楕円の円柱である。
このような構成でも、上述のミリ波モジュールと同様の作用効果が得られる。さらに、第１導電部材４１Ｃ、および、第２導電部材４２Ｃが楕円の円柱であることによって、角部での電界集中がなくなり、伝送損失を更に低減できる。
また、図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）に示すように、平面視において、誘電体部材４３Ｃは、第１導電部材４１Ｃ、および、第２導電部材４２Ｃよりも大きい。言い換えれば、第１導電部材４１Ｃ、第２導電部材４２Ｃ、および、誘電体部材４３Ｃが並ぶ方向、および、第１導電部材４１Ｃ、第２導電部材４２Ｃ、および、誘電体部材４３Ｃの延びる方向に対して直交する方向（図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）のＹ方向）において、誘電体部材４３Ｃの寸法は、第１導電部材４１Ｃ、および、第２導電部材４２Ｃの寸法よりも大きい。したがって、第１導電部材４１Ｃと第２導電部材４２Ｃとの間に発生する電界が、誘電体部材４３Ｃの内部に集中し易い。これにより、所望のキャパシタンスを実現し易く、ひいては伝送損失を低減できる。
図１１（Ａ）は、第２の派生例のミリ波モジュール１０における一方のグランド用導体パターン２２２の層を視た平面図であり、図１１（Ｂ）は、第２の派生例のミリ波モジュール１０における信号用導体パターン２１の層を視た平面図である。
図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）に示すように、第１導電部材４１Ｄ、および、第２導電部材４２Ｄは、平面視の形状が半円の円柱である。
誘電体部材４３Ｄは、直方体であり、第１導電部材４１Ｄの平坦面および第２導電部材４２Ｄの平坦面にそれぞれ当接している。
このような構成でも、上述のミリ波モジュールと同様の作用効果が得られる。さらに、第１導電部材４１Ｄ、および、第２導電部材４２Ｄの角部が面取りされていることによって、角部での電界集中がなくなり、伝送損失を更に低減できる。
また、上述の説明では、第１導電部材と第２導電部材とが、一層の誘電体部材を挟む態様を示した。しかしながら、第１導電部材と第２導電部材とが複数層の誘電体部材を挟む態様であってもよい。
図１２（Ａ）は、第３の派生例のミリ波モジュール１０におけるキャパシタの形成部分を拡大した平面図であり、図１２（Ｂ）は、キャパシタの形成部分の等価回路図である。
図１２（Ａ）に示すように、第１導電部材４１Ｅと第２導電部材４２Ｅとの間には、誘電体部材４３０Ｅが配置されている。誘電体部材４３０Ｅは、第１導電部材４１Ｅおよび第２導電部材４２Ｅには当接していない。言い換えれば、誘電体部材４３０Ｅと第１導電部材４１Ｅとは離間しており、誘電体部材４３０Ｅと第２導電部材４２Ｅとは離間している。誘電体部材４３０Ｅの誘電率は、絶縁性基板１００の誘電率と異なる。例えば、誘電体部材４３０Ｅの誘電率は、絶縁性基板１００の誘電率よりも低い。
誘電体部材４３０Ｅと第１導電部材４１Ｅとの間には、絶縁性基板１００の一部である誘電体部材４３１Ｅが配置されている。誘電体部材４３１Ｅは、誘電体部材４３０Ｅおよび第１導電部材４１Ｅに当接している。
誘電体部材４３０Ｅと第２導電部材４２Ｅとの間には、絶縁性基板１００の一部である誘電体部材４３２Ｅが配置されている。誘電体部材４３２Ｅは、誘電体部材４３０Ｅおよび第２導電部材４２Ｅに当接している。
言い換えれば、この構成は、第１導電部材４１Ｅと第２導電部材４２Ｅとの間に、誘電体部材４３１Ｅ、誘電体部材４３０Ｅ、および、誘電体部材４３２Ｅによって形成される誘電体部材４３Ｅが配置されている。
このような構成によって、図１２（Ｂ）に示すように、誘電体部材４３０Ｅによるキャパシタ（キャパシタンスＣ０）、誘電体部材４３１Ｅによるキャパシタ（キャパシタンスＣ１）、および、誘電体部材４３２Ｅによるキャパシタ（キャパシタンスＣ２）が、第１導電部材４１Ｅと第２導電部材４２Ｅとの間に直列接続された回路構成となる。すなわち、等価的には、これらキャパシタンスＣ０、キャパシタンスＣ１、および、キャパシタンスＣ２の合成キャパシタンスを有する誘電体部材４３Ｅが第１導電部材４１Ｅと第２導電部材４２Ｅとの間に接続された構成となる。
このような構成でも、上述のミリ波モジュールと同様の作用効果が得られる。さらに、この構成では、誘電体部材４３０Ｅの誘電率が絶縁性基板１００の誘電率よりも小さい場合に、誘電体部材４３Ｅの製造バラツキによるキャパシタンスへの影響を抑制できる。すなわち、第１導電部材４１Ｅと第２導電部材４２Ｅとの間のキャパシタンスの製造誤差によるバラツキを抑制できる。この構成は、第１導電部材４１Ｅと第２導電部材４２Ｅとの間の誘電率が、絶縁性基板１００の誘電率よりも低い場合に有効である。
また、図１２（Ａ）に示す構成は、次に示す図１３（Ａ）の構成に対して適用すると、よりよい。図１３（Ａ）は、第３の派生例のミリ波モジュール１０におけるキャパシタの形成部分を拡大した側面断面図であり、図１３（Ｂ）は、キャパシタの形成部分における局所的なキャパシタの構成を示す図である。
図１３（Ａ）に示すように、第１導電部材４１Ｅ、第２導電部材４２Ｅ、および、誘電体部材４３０Ｅは、第１主面１０１側の面積が第２主面１０２側の面積よりも大きい形状である。これに伴い、誘電体部材４３１Ｅおよび誘電体部材４３２Ｅは、第１主面１０１側の面積が第２主面１０２側の面積よりも小さい形状である。すなわち、第１導電部材４１Ｅ、第２導電部材４２Ｅ、誘電体部材４３０Ｅ、誘電体部材４３１Ｅ、および、誘電体部材４３２Ｅは、側面視においてテーパ形状である。
このような構成では、第１主面１０１の付近では、第１導電部材４１Ｅおよび第２導電部材４２Ｅと誘電体部材４３０Ｅとの距離は相対的に短くなり、第２主面１０２の付近では、第１導電部材４１Ｅおよび第２導電部材４２Ｅと誘電体部材４３０Ｅとの距離は相対的に長くなる。
これにより、第１主面１０１の付近では、誘電体部材４３１ＥによるキャパシタンスＣ１ｕおよび誘電体部材４３２ＥによるキャパシタンスＣ２ｕは、相対的に大きくなり、誘電体部材４３０ＥによるキャパシタンスＣ０ｕは、相対的に小さくなる。一方、第２主面１０２の付近では、誘電体部材４３１ＥによるキャパシタンスＣ１ｄおよび誘電体部材４３２ＥによるキャパシタンスＣ２ｄは、相対的に小さくなり、誘電体部材４３０ＥによるキャパシタンスＣ０ｄは、相対的に大きくなる。
この構成では、第１主面１０１の付近に生じるキャパシタンスと第２主面１０２の付近に生じるキャパシタンスとが、位置のズレに対して互いに打ち消し合うように作用する。したがって、キャパシタンスの位置に対する依存性が小さくなり、電界集中が緩和されて、特性が向上する。
また、上述の説明では、第１導電部材、第２導電部材、および、誘電体部材の幅が、信号用導体パターンの幅と略同じ態様を示した。しかしながら、第１導電部材、第２導電部材、および、誘電体部材の幅が、信号用導体パターンの幅と大きく異なっていてもよい。具体的には、第１導電部材、第２導電部材、および、誘電体部材の幅は、信号用導体パターンの幅よりも大きくてもよい。
図１４（Ａ）は、第４の派生例のミリ波モジュール１０における一方のグランド用導体パターン２２２の層を視た平面図であり、図１４（Ｂ）は、第４の派生例のミリ波モジュール１０における信号用導体パターン２１の層を視た平面図である。
図１４（Ａ）および図１４（Ｂ）に示すように、第４の派生例のミリ波モジュール１０は、図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）に示した第２の派生例のミリ波モジュール１０に対して、第１導電部材４１Ｆ、第２導電部材４２Ｆ、誘電体部材４３Ｆ、および、導体非形成部７１Ｆの形状において、異なる。第４の派生例のミリ波モジュール１０の他の構成は、第２の派生例のミリ波モジュール１０と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。
第１導電部材４１Ｆおよび第２導電部材４２Ｆは、平面視した形状（厚み方向に直交する断面の形状）が長円である。この長円の長軸の長さが、本発明における第１導電部材４１Ｆおよび第２導電部材４２Ｆの幅である。
第１導電部材４１Ｆおよび第２導電部材４２Ｆの幅は、信号用導体パターン２１の幅よりも大幅に大きい。なお、信号用導体パターン２１幅は、信号用導体パターン２１における延びる方向（高周波信号の伝搬方向）に対して直交する方向の長さである。
誘電体部材４３Ｆは、平面視した形状（厚み方向に直交する断面の形状）が長円または角部をＲ面取りした長方形である。この長円または角部をＲ面取りした長方形の長軸の長さが、本発明における誘電体部材４３Ｆの幅である。
誘電体部材４３Ｆの幅は、信号用導体パターン２１の幅よりも大幅に大きい。
導体非形成部７１Ｆは、平面視において、第１導電部材４１Ｆが内側に含まれる形状である。これにより、第１導電部材４１Ｆは、グランド用導体パターン２２２に接続しない。
この構成のように、第１導電部材４１Ｆ、第２導電部材４２Ｆの幅、および、誘電体部材４３Ｆの幅を大きくすることによって、ミリ波モジュールにおけるキャパシタの形成部分におけるキャパシタンスを大きくできる。これにより、キャパシタの形成部分において、大きなキャパシタンスを実現し易い。
また、この第４の派生例に示した第１導電部材４１Ｆ、第２導電部材４２Ｆの幅、および、誘電体部材４３Ｆの構成は、第３の派生例にも適用できる。第３の派生例では、第１導電部材と第２導電部材との距離が長くなってしまう。しかしながら、第１導電部材、および、第２導電部材の幅が大きくなる分、第１導電部材と第２導電部材との距離が長くなることによるキャパシタンスの低下を抑制できる。これにより、ミリ波モジュールにおけるキャパシタの形成部分における必要なキャパシタンスを確保できる。
なお、上述の各実施形態の構成は、適宜組合せが可能であり、それぞれの組合せに応じた作用効果を奏することができる。
１０、１０Ａ、１０Ｂ：ミリ波モジュール
２０、２０Ａ：第１伝送線路
２１：信号用導体パターン
２２：グランド用導体パターン
３０、３０Ａ：第２伝送線路
３１：信号用導体パターン
３２：グランド用導体パターン
４１、４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、４１Ｄ、４１Ｅ、４１Ｆ：第１導電部材
４２、４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄ、４２Ｅ、４２Ｆ：第２導電部材
４３、４３Ａ、４３Ｃ、４３Ｄ、４３Ｅ、４３０Ｅ、４３１Ｅ、４３２Ｅ、４３Ｆ：誘電体部材
７１、７２、７１Ｆ：導体非形成部
９０：アンテナ
９１：放射用導体パターン
９２：グランド用導体パターン
１００：絶縁性基板
１０１：第１主面
１０２：第２主面
１１０、１２０、１１０１、１２０１：再配線層
２２１、２２２、３２１、３２２：グランド用導体パターン
４０１、４０２、４０３：孔
８１０、８２０：ビア導体

Claims (6)

  1. 厚み方向の異なる位置に配置された互いに平行な第１主面と第２主面とを有する絶縁性基板と、
    前記第１主面に形成され、ミリ波信号を伝搬する第１導体パターンと、
    前記第２主面に形成され、前記ミリ波信号を伝搬する第２導体パターンと、
    前記第１主面または第２主面に形成されたグランド用導体パターンと、
    前記絶縁性基板における前記第１導体パターンと前記第２導体パターンとの間に形成され、前記第１導体パターンと前記第２導体パターンとを前記厚み方向に導通させる第１導電部材と、
    前記絶縁性基板における前記グランド用導体パターンに重なる位置に形成され、前記グランド用導体パターンに接続する第２導電部材と、
    前記第１導電部材と前記第２導電部材との間に配置され、前記第１導電部材と前記第２導電部材とに当接し、前記絶縁性基板の誘電率とは異なる誘電率を有するキャパシタンス生成用の誘電体部材と、
    を備えた、ミリ波モジュール。
  2. 前記誘電体部材の誘電率は、前記絶縁性基板の誘電率よりも高い、
    請求項１に記載のミリ波モジュール。
  3. 前記第１導電部材、前記第２導電部材、および、前記誘電体部材は、前記厚み方向に延びる柱状である、
    請求項１または請求項２に記載のミリ波モジュール。
  4. 前記第１導電部材および前記第２導電部材は、角部が面取りされた形状である、
    請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のミリ波モジュール。
  5. 厚み方向の異なる位置に配置された互いに平行な第１主面と第２主面とを有する絶縁性基板に対して、前記第１主面から前記第２主面に亘る第１の孔を形成し、該第１の孔に前記絶縁性基板の誘電率と異なる誘電率の誘電体材料を充填して、誘電体部材を形成する工程と、
    前記絶縁性基板の前記誘電体部材に当接する箇所に、前記第１主面から前記第２主面に亘る第２の孔を形成し、該第２の孔に導電性材料を充填して、第２導電部材を形成する工程と、
    前記絶縁性基板の前記誘電体部材に当接し、前記第２導電部材に接触しない箇所に、前記第１主面から前記第２主面に亘る第３の孔を形成し、該第３の孔に導電性材料を充填して、第１導電部材を形成する工程と、
    前記絶縁性基板の第１主面において、前記第１導電部材に重なる位置に、ミリ波信号を伝搬する第１導体パターンを形成し、前記第２導電部材に重なる位置に、グランド用導体パターンを形成する工程と、
    前記絶縁性基板の第２主面において、前記第１導電部材に重なる位置に、前記ミリ波信号を伝搬する第２導体パターンを形成し、前記第２導電部材に重なる位置に、グランド用導体パターンを形成する工程と、
    を有する、ミリ波モジュールの製造方法。
  6. 厚み方向の異なる位置に配置された互いに平行な第１主面と第２主面とを有する絶縁性基板に対して、前記第１主面から前記第２主面に亘る第４の孔を形成する工程と、
    前記絶縁性基板における前記第４の孔に近接する位置に、前記第１主面から前記第２主面に亘る第５の孔を形成する工程と、
    前記絶縁性基板の前記第４の孔に導電性材料を充填して、第１導電部材を形成する工程と、
    前記絶縁性基板の前記第５の孔に導電性材料を充填して、第２導電部材を形成する工程と、
    前記絶縁性基板における前記第１導電部材と前記第２導電部材とに挟まれる領域に、前記第１導電部材および前記第２導電部材の側面を露出する第６の孔を形成する工程と、
    前記誘電体基板と異なる誘電率の誘電体材料を前記第６の孔に充填して、誘電体部材を形成する工程と、
    前記絶縁性基板の第１主面において、前記第１導電部材に重なる位置に、ミリ波信号を伝搬する第１導体パターンを形成し、前記第２導電部材に重なる位置に、グランド用導体パターンを形成する工程と、
    前記絶縁性基板の第２主面において、前記第１導電部材に重なる位置に、前記ミリ波信号を伝搬する第２導体パターンを形成し、前記第２導電部材に重なる位置に、グランド用導体パターンを形成する工程と、
    を有する、ミリ波モジュールの製造方法。
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