JPH07283619A

JPH07283619A - 誘電体基板

Info

Publication number: JPH07283619A
Application number: JP6095902A
Authority: JP
Inventors: Seiji Kaminami; 誠治神波; Kazuya Kawabata; 一也川端
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1994-04-07
Filing date: 1994-04-07
Publication date: 1995-10-27

Abstract

(57)【要約】【目的】伝送線路の各部の幅を変えてその面積を大き
くしたりすることなく、特性インピーダンスの整合をと
ることが可能な誘電体基板を提供する。【構成】伝送線路１の入出力端１ａから基板中央部に
向って、その特性インピーダンスがＺ₁（入出力端特性
インピーダンス），Ｚ₂（変成器部特性インピーダン
ス），Ｚ₃（基板中央部特性インピーダンス）と変化
し、かつ、前記特性インピーダンスＺ₁，Ｚ₂，Ｚ₃が以
下の条件；Ｚ₁＞Ｚ₂＞Ｚ₃ Ｚ₂＝（Ｚ₁×Ｚ₃）^1/2 を満足するように、異なる比誘電率を有する材料２ａ，
２ｂ，２ｃを複合化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、誘電体基板に関し、
詳しくは、例えば、マイクロストリップライン素子、モ
ノリシックＩＣなどの２導体伝送線路素子に用いられる
誘電体基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、図７は、２導体伝送線路素子の
一つである従来のマイクロストリップライン素子の伝送
線路が形成された面を示す平面図である。

【０００３】従来、マイクロストリップライン素子にお
いて、その低インピーダンス線路（伝送線路５１の特性
インピーダンスの小さい部分）５１ｃを使用するために
は、図７に示すように、入出力端（この従来例では５
０．０Ωライン）５１ａ，５１ａと低インピーダンス線
路５１ｃの間に変成器部５１ｂ，５１ｂを設けることに
より、両者間のインピーダンスの整合をとることが必要
であった。

【０００４】ところで、従来は、誘電体基板５２とし
て、通常、全体が均一な材料からなり、各部が同じ比誘
電率を有する基板が用いられていることから、伝送線路
５１の幅を変えることにより、変成器部５１ｂや低イン
ピーダンス線路５１ｃを形成して特性インピーダンスの
整合をとっていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のマイク
ロストリップライン素子においては、通常、誘電体基板
５２として、厚みが１mm程度で、比誘電率が１０程度の
ものが用いられており、このような誘電体基板５２に、
図７に示すようなパターンの伝送線路５１を形成した場
合、伝送線路５１の面積が非常に大きくなってしまい、
部品や素子の小型化への要求に応えることができなくな
るという問題点がある。

【０００６】この発明は、上記問題点を解決するもので
あり、２導体伝送線路素子に用いられる誘電体基板であ
って、伝送線路の各部の幅を変えてその面積を大きくし
たりすることなく、特性インピーダンスの整合をとるこ
とが可能な誘電体基板を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、異なる比誘
電率を有する材料を複合化する（すなわち、比誘電率の
異なる材料を組み合わせて、誘電体基板の所定の各部の
比誘電率を異ならせる）ことにより、従来（全体が均一
な誘電体基板を用いた場合）は、伝送線路の幅を変える
ことにより実現していた特性インピーダンスの整合を、
基板の所定の部分の比誘電率を変化させることにより実
現したものである。

【０００８】すなわち、この発明の誘電体基板は、２導
体伝送線路素子に用いられる誘電体基板であって、伝送
線路の入力端及び出力端から基板中央部に向って、その
特性インピーダンスがＺ₁（入出力端特性インピーダン
ス），Ｚ₂（変成器部特性インピーダンス），Ｚ₃（基板
中央部特性インピーダンス）と変化し、かつ、前記特性
インピーダンスＺ₁，Ｚ₂，Ｚ₃が以下の条件；Ｚ₁＞Ｚ₂＞Ｚ₃ Ｚ₂＝（Ｚ₁×Ｚ₃）^1/2 を満足するように、異なる比誘電率を有する材料を複合
化したことを特徴としている。

【０００９】なお、この発明において、変成器部とは、
異なる特性インピーダンスを有する伝送線路間の整合を
実現するために設けられた部分を意味するものである。

【００１０】また、前記変成器部の長さが、通過させた
い信号の、前記変成器部における波長の約１／４である
ことを特徴とする。

【００１１】

【作用】この発明の誘電体基板においては、図６に示す
ように、伝送線路１の、異なる特性インピーダンスを有
する２つの部分１ａ，１ｃの特性インピーダンスＺ₁，
Ｚ₃と、異なる特性インピーダンスを有する２つの部分
１ａ，１ｃの間の変成器部１ｂの特性インピーダンスＺ
₂の関係がＺ₁＞Ｚ₂＞Ｚ₃ Ｚ₂＝（Ｚ₁×Ｚ₃）^1/2 を満足する場合に、伝送線路の幅が均一な状態で特性イ
ンピーダンスの整合が実現される。但し、このときの変
成器部１ｂの長さは、通過させたい信号の変成器部１ｂ
における波長λの１／４にすることが必要である。

【００１２】そして、伝送線路の幅を変えることなく、
特性インピーダンスの整合をとることができるようにな
るため、素子を小型化することが可能になる。

【００１３】

【実施例】以下に、この発明の実施例を示して、その特
徴とするところをさらに具体的に説明する。

【００１４】この実施例では、誘電体基板を用いる２導
体伝送線路素子のうち、マイクロストリップライン素子
を例にとって説明する。

【００１５】図１は、この発明の一実施例にかかる誘電
体基板を用いたマイクロストリップライン素子を示す図
であり、(ａ)は平面図、(ｂ)は正面図である。

【００１６】なお、この実施例のマイクロストリップラ
イン素子は、図２に示すように、入出力端１ａの長さＬ₁＝１mm、特性インピーダンス
＝５０．０Ω、変成器部１ｂの長さＬ₂＝５ＧＨｚの信号の変成器部
１ｂにおける波長λの約１／４、特性インピーダンス＝
３５．４Ω、中央部（低インピーダンス線路）１ｃの長さＬ₃＝５
ＧＨｚの信号の中央部１ｃにおける波長Λ、特性インピ
ーダンス＝２５．０Ω となるように構成されている。

【００１７】そして、このマイクロストリップライン素
子は、図１(ａ)，(ｂ)に示すように、誘電体基板２の上
面側に伝送線路１を配設し、下面側にアース線路３を配
設することにより形成されている。

【００１８】また、このマイクロストリップライン素子
を構成する誘電体基板２は、基板両端側の伝送線路１の
入出力端１ａ，１ａが配設されている部分（入出力端配
設部分）２ａ，２ａと、基板中央部の低インピーダンス
線路１ｃが配設されている部分（低インピーダンス線路
配設部分）２ｃと、上記入出力端配設部分２ａ，２ａと
低インピーダンス線路配設部分２ｃとの間の変成器部１
ｂ，１ｂが配設されている部分（変成器部配設部分）２
ｂ，２ｂから形成されている。

【００１９】なお、上記各部の比誘電率ε_rは以下の通
りである。入出力端配設部分２ａのε_r ：１７．０変成器部配設部分２ｂのε_r ：３３．８低インピーダンス線路配設部分２ｃのε_r：６５．８

【００２０】そして、このマイクロストリップライン素
子においては、上記伝送線路１の幅は各部で均一であ
る。

【００２１】上述のように、このマイクロストリップラ
イン素子においては、誘電体基板２として、入出力端配
設部分２ａ，２ａと低インピーダンス線路配設部分２ｃ
及びその間の変成器部配設部分２ｂ，２ｂの各部が比誘
電率の異なる材料を複合化することにより形成された誘
電体基板が用いられているため、伝送線路１の幅を変え
ることなく特性インピーダンスの整合をとることができ
る。

【００２２】なお、図３は、上記マイクロストリップラ
イン素子の５ＧＨｚ付近における整合の状態を示す線図
であり、このマイクロストリップライン素子は、５ＧＨ
ｚを中心として３ｄＢ帯域幅でほぼ１００％の通過帯を
有し、その範囲で整合を実現していることがわかる。

【００２３】また、伝送線路１の寸法は、幅Ｗが０．５
１mm（各部均一），入出力端の５０．０Ωライン１ａの
長さＬ₁が１．００mm、変成器部１ｂの長さＬ₂が３．２
１mm、低インピーダンス線路１ｃの長さＬ₃が９．０８m
mとなっており、伝送線路１全体の面積は、８．９３mm²
となる。

【００２４】これに対して、各部で比誘電率が均一な誘
電体基板（比誘電率１７．０Ω）を用い、伝送線路の幅
を変化させることにより特性インピーダンスの整合をと
るようにした従来のマイクロストリップライン素子（図
７）において、上記実施例と同等の特性を実現しようと
すると、伝送線路５１の寸法は、入出力部の５０．０Ω
ライン５１ａの幅Ｗ₁が０．５１mm、長さＬ₁が１．００
mm、変成器部５１ｂの幅Ｗ₂が１．１０mm、長さＬ₂が
４．３９mm、低インピーダンス線路５１ｃの幅Ｗ3が
１．９９mm、長さＬ₃が１６．８８mmとなり、伝送線路
５１全体の面積が４４．２７mm²となる。

【００２５】したがって、上記実施例のマイクロストリ
ップライン素子においては、伝送線路の面積を、従来の
マイクロストリップライン素子の約２０％にまで低減す
ることが可能になり、マイクロストリップライン素子の
大きさもそれに準じた割合で小さくすることが可能にな
る。

【００２６】次に、この発明の誘電体基板を用いた上記
マイクロストリップライン素子の製造方法について説明
する。

【００２７】まず、素原料として、ＢａＣＯ₃、ＭｇＣ
Ｏ₃、Ｎｄ₂ＣＯ₃、ＴｉＯ₂を用意し、表１に示すような
割合でそれぞれを秤量し、湿式ボールミルを用いて混合
粉砕を行い、表１のNo.１〜３の３種類の素原料混合粉
末を得た。

【００２８】

【表１】

【００２９】それから、各素原料混合粉末を空気中、１
２００℃で３時間仮焼した後、仮焼体を湿式ボールミル
を用いて粉砕することにより、平均粒径１．０μmの仮
焼粉体を得た。

【００３０】次に、それぞれの仮焼粉体を、有機溶剤
（エタノ−ル／トルエン＝１／１重量比）・バインダー
（ＰＶＢ系）・可塑剤（ジオクチルフタレート系）・分
散剤（ソルビタン脂肪酸エステル系）と混合することに
よってスラリー化し、ドクターブレード法により厚み５
０μmのグリーンシートを作製した。

【００３１】そして、単体特性を測定するために、No.
１〜３の組成の各グリーンシートをそれぞれ積層・熱圧
着した後に得られた構造物をカットして、寸法３０mm×
３０mm×１．０mmの成形体を得た。

【００３２】それから、３種類の成形体を空気中、４５
０℃に加熱して有機成分を燃焼させた後、酸素中におい
て１３８０℃で３時間焼成することによりそれぞれの焼
結体を得た。

【００３３】次いで、得られた３種類の焼結体にＩｎ−
Ｇａ電極を形成し、それぞれの比誘電率ε_rを測定し
た。その結果を、表１に併せて示す。

【００３４】そして、上記のようにして得られたNo.１
〜３の３種類のグリーンシートを用いて、以下の方法に
より誘電体基板を作製した。

【００３５】まず、No.１〜３のグリーンシートを積層
・圧着して、図４に示すように、下からNo.１（厚み
１．２５mm），No.２（厚み４．００mm），No.３（厚み
１１．３５mm），No.２（厚み４．００mm），No.１（厚
み１．２５mm）の順に各層が積層・圧着されたブロック
１１を得た。

【００３６】それから、ブロック１１を積層・圧着方向
に沿ってカットし、得られた成形体を空気中、４５０℃
に加熱して有機成分を燃焼させた後、酸素中、１３８０
℃で３時間焼成を行い焼結体を得た。そして、得られた
焼結体を、厚みが１．０mmになるように表裏両面ともに
鏡面研磨することにより、図５に示すような誘電体基板
２を得た。

【００３７】この誘電体基板２においては、両端側が伝
送線路の入出力端が配設される部分（入出力端配設部
分）２ａ，２ａ、中央部が低インピーダンス線路が配設
される部分（低インピーダンス線路配設部分）２ｃ、そ
して、入出力端配設部分２ａと低インピーダンス線路配
設部分２ｃとの間の部分が変成器部が配設される部分
（変成器部配設部分）２ｂ，２ｂとなる。

【００３８】それから、この誘電体基板２をアセトンで
洗浄した後、表裏面全体に蒸着法を用いて厚み１μmの
Ａｕ電極を形成した。

【００３９】次いで、フォトリソグラフィーを用いて電
極パターンの形成を行った。まず、レジストを誘電体基
板の表裏面全体に塗布した後、電極パターンに対応する
窓部を形成したマスクで誘電体基板を覆い、紫外線を照
射した。そして、レジストの、紫外線によって変質した
部分を溶剤により除去し、電極の露出した部分をエッチ
ングにより除去した後、残りのすべてのレジストを溶剤
により溶解して除去することにより、図１に示すような
マイクロストリップライン素子を得た。

【００４０】なお、上記実施例ではマイクロストリップ
ライン素子を例にとって説明したが、この発明の誘電体
基板は、マイクロストリップライン素子用の誘電体基板
に限られるものではなく、モノリシックＩＣその他の種
々の２導体伝送線路素子に用いられる誘電体基板に適用
することが可能である。

【００４１】この発明は、さらにその他の点においても
上記実施例に限定されるものではなく、誘電体基板の製
造方法、誘電体基板を構成する各部の比誘電率、誘電体
基板の具体的形状や寸法、入出力端などの特性インピー
ダンスや、伝送線路の寸法などに関し、発明の要旨の範
囲内において、種々の応用変形を加えることが可能であ
る。

【００４２】

【発明の効果】上述のように、この発明の誘電体基板
は、異なる比誘電率を有する材料を組み合わせて構成さ
れている（すなわち、複合化されている）ので、伝送線
路の幅を変えて低インピーダンスの伝送線路の幅を大き
くしたり、あるいは所定の特性インピーダンスの線路
（例えば５０．０Ω線路）の幅よりも幅の大きい変成器
部を設けたりすることなく、所定の特性インピーダンス
の線路と同等の幅で特性インピーダンスの整合をとるこ
とが可能になる。

【００４３】そのため、２導体伝送線路素子全体として
の大きさを、従来の素子の約１／４程度にまで小さくす
ることができる。

【００４４】したがって、この発明によれば、低損失
で、高密度に実装されたマイクロストリップライン素子
などの２導体伝送線路素子を得ることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例にかかる誘電体基板を用い
たマイクロストリップライン素子を示す図であり、(ａ)
は平面図、(ｂ)は正面図である。

【図２】この発明の一実施例にかかる誘電体基板を用い
たマイクロストリップライン素子の各部の特性インピー
ダンスや線路の長さなどを示す図である。

【図３】この発明の誘電体基板を用いたマイクロストリ
ップライン素子の特性インピーダンスの整合状態を示す
図である。

【図４】この発明の誘電体基板の製造工程において形成
されたブロックの要部を示す斜視図である。

【図５】この発明の一実施例にかかる誘電体基板を示す
斜視図である。

【図６】この発明の誘電体基板を用いたマイクロストリ
ップライン素子の要部を示す図である。

【図７】従来のマイクロストリップライン素子の伝送線
路が形成された面を示す平面図である。

【符号の説明】

１伝送線路１ａ入出力端１ｂ変成器部１ｃ低インピーダンス線路２誘電体基板２ａ入出力端配設部分２ｂ変成器部配設部分２ｃ低インピーダンス線路配設部分３アース線路１１ブロック

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２導体伝送線路素子に用いられる誘電体
基板であって、伝送線路の入力端及び出力端から基板中央部に向って、
その特性インピーダンスがＺ₁（入出力端特性インピー
ダンス），Ｚ₂（変成器部特性インピーダンス），Ｚ
₃（基板中央部特性インピーダンス）と変化し、かつ、
前記特性インピーダンスＺ₁，Ｚ₂，Ｚ₃が以下の条件；Ｚ₁＞Ｚ₂＞Ｚ₃ Ｚ₂＝（Ｚ₁×Ｚ₃）^1/2 を満足するように、異なる比誘電率を有する材料を複合
化したことを特徴とする誘電体基板。
【請求項２】前記変成器部の長さが、通過させたい信
号の、前記変成器部における波長の約１／４であること
を特徴とする請求項１記載の誘電体基板。