JPH09186509A - 高周波回路基板 - Google Patents

高周波回路基板

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JPH09186509A
JPH09186509A JP7342300A JP34230095A JPH09186509A JP H09186509 A JPH09186509 A JP H09186509A JP 7342300 A JP7342300 A JP 7342300A JP 34230095 A JP34230095 A JP 34230095A JP H09186509 A JPH09186509 A JP H09186509A
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transmission line
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慎一 郡山
Kenji Kitazawa
謙治 北澤
Mikio Fujii
幹男 藤井
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Abstract

(57)【要約】 【課題】従来の薄膜法により形成された伝送線路におい
ては、密着層の存在により、その伝送線路の伝送損失を
増大させてしまうという問題があった。 【解決手段】誘電体基板1の表面に、薄膜法により、電
気抵抗率が10mΩcm以下の金属導体層2からなる、
例えばマイクロストリップ線路、コプレーナ線路、スト
リップ線路、スロット線路等の伝送線路が形成された回
路基板において、金属導体層2と誘電体基板1との間に
電気抵抗率が4.4mΩcm以上の、例えば、Ti、T
aのうちの少なくとも1種を含む化合物からなる密着層
3を介在させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高周波素子等が搭
載され、マイクロストリップ線路、ストリップ線路、コ
プレーナ線路等の伝送線路が形成された回路基板に関す
る。
【0002】
【従来技術】一般に、高周波用からミリ波領域における
伝送線路のうち、スパッタリング等の薄膜法を用いて形
成されるマイクロストリップ線路等の伝送線路として
は、一般には、Cu,Al,Au等の電気抵抗率の小さ
な金属導体が用いられる。
【0003】ところが、これらの金属導体は、基板とな
る誘電体基板との密着力が小さいため、導体の剥離を防
止することを目的として、金属導体と誘電体基板の間に
密着層を介在させる。通常形成される密着層としては、
Cr、Ti等の純金属や、Ni−Cr,Ta−N,Ti
−W等の電気抵抗率が比較的大きなものが用いられてい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の伝送線路を、たとえばミリ波帯のような周波数の高い
領域で使用する場合、導体の抵抗に起因する導体損失は
周波数の平方根に比例して、誘電体基板の誘電正接に起
因する誘電体損は周波数に比例して周波数の上昇にとも
ない増加し、信号の減衰が著しく大きくなる。特に配線
密度を大きくするために配線幅を小さくすると、導体損
が大きくなりデバイスへの要求特性が厳しいものになっ
ているのが現状である。
【0005】従って、ミリ波帯のような周波数の高い領
域で用いる伝送線路においては、密着層としてできるだ
け電気抵抗率の小さな物質をできるだけ薄く形成して、
伝送損失が大きくなりすぎないようにする必要があっ
た。
【0006】ところが、いかに密着層の電気抵抗率を小
さくし、薄くしても密着層の存在は、原理的にその伝送
線路の伝送損失を増大させてしまうという問題は回避す
ることができない。特に取り扱う信号の周波数が高くな
ると、導体表面の電流が流れる領域の深さ、即ち、表皮
深さが小さくなり、密着層の影響が相対的に大きくなっ
てしまう。
【0007】本発明は、このような課題を解決すること
を目的とし、導体層と誘電体基板との間に密着層を有し
ていながら、伝送損失が、密着層がない場合と同程度に
小さい伝送線路を具備した回路基板を提供することを目
的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、密着層を
伝送線路の一部とする考え方に反し、密着層を誘電体基
板の一部としてみなすことにより、伝送線路の電気特性
を良電気伝導性の金属導体の電気特性のみに支配され、
密着層の影響を限りなく小さくできることを見出し、本
発明に至った。
【0009】即ち、本発明の回路基板は、誘電体基板の
表面に、薄膜法により、電気抵抗率が10mΩcm以下
の金属導体からなる伝送線路が形成された回路基板にお
いて、前記金属導体と前記誘電体基板との間に電気抵抗
率が4.4mΩcm以上の密着層を介在させたことを特
徴とするものであり、前記伝送線路が、マイクロストリ
ップ線路、ストリップ線路、コプレーナ線路、スロット
線路のうちの少なくと1種を形成するものであり、さら
には、前記密着層が、Ti、Taのうちの少なくとも1
種を含む化合物からなることを特徴とするものである。
【0010】
【作用】従来、高周波回路基板における伝送線路とし
て、Cu、Au等の良電気伝導性の金属導体からなる伝
送線路を薄膜法で形成し、誘電体基板と、金属導体と間
に密着層としてたとえば主成分がTiである物質を用い
た場合について説明する。
【0011】Tiは密着力が大きく一般的に密着層とし
て、好適に用いられるが、その電気抵抗率は純Tiの場
合でも約80μΩcmと大きい。導体としてCuを用い
た場合、その電気抵抗率は1.7μΩcmであるので、
Tiからなる密着層の電気抵抗率は、金属導体層の電気
抵抗率よりも約50倍大きいことになる。
【0012】伝送線路を伝送させる信号の周波数が高く
なると、金属導体層中に流れる電流は、導体パターンの
表面に集中するようになる。この導体表面を流れる電流
が、表面からどれくらいの深さまで流れるかの目安にな
る表皮深さは、たとえば60GHzのミリ波で、導体が
純Cuの場合、0.27μmとなり、密着層厚みが0.
1μmの場合、かなりの電流が電気抵抗率の高い密着層
中を流れるために、密着層での損失が問題となる。
【0013】そこで、通常、この線路構成で伝送損失を
小さくするために、密着層の厚みを薄くすればよいが、
薄くしすぎると密着効果がなくなってしまうので、せい
ぜい0.05μm程度の厚みが必要である。つまり、電
気抵抗の大きい密着層が存在している以上、伝送損失が
存在し、しかも密着層は最も電流が集中する誘電体基板
との界面に存在しているため、伝送損失は密着層がない
場合に比べ明らかに大きくなってしまう。
【0014】Tiのかわりに電気抵抗率が比較的小さい
Cr(約17μΩcm)を用いた場合、密着層による伝
送特性の劣化はTiよりも小さくなるものの、原理的に
は、金属導体層よりも電気抵抗率の大きい密着層中を一
部の電流が流れるため、密着層がない場合に比べ伝送損
失は必然的に大きくなる。
【0015】これに対し、本発明によれば、密着層の電
気抵抗率を4.4mΩcm以上にまで高めることによ
り、高周波の信号が伝送される時に電流は、密着層を流
れることがなくなるために、密着層の存在による伝送損
失を実質的に皆無とすることができるのである。
【0016】
【発明の実施の形態】本発明の高周波回路基板を図1を
もとに説明する。図1において、1は、誘電体基板、2
は、金属導体層であり、電気抵抗率が10mΩcm以下
の金属、具体的にはCu、Al、Auの良電気伝導性の
金属により回路パターンが形成される。この金属導体層
2は、薄膜法により形成されたものであり、例えば、金
属蒸着法、スパッタリング法等の手法により厚み10μ
m以下の薄膜として形成されたものである。
【0017】この薄膜法により形成された金属導体層2
は、誘電体基板との密着性が低いために、密着性を高め
るために誘電体基板1と金属導体層2との間に密着層3
を形成する。本発明によれば、この密着層を電気抵抗率
が4.4mΩcm以上の材質により形成することが大き
な特徴である。この密着層の電気抵抗率を4.4mΩc
m以上に限定したのは、電気抵抗率が4.4mΩcmよ
り小さいと、高周波の信号が伝送線路を流れる時に、電
流が密着層3を流れるために、伝送損失が大きくなって
しまうためである。望ましくは、密着層の電気抵抗率が
100mΩcm以上であることがよい。
【0018】この密着層としては、Cu、Al、Au等
の金属導体層2と誘電体基板1との密着性を高める上
で、Ti、Taのうちの少なくとも1種を含む、酸化
物、窒化物、炭化物等の無機化合物を含むことが望まし
い。この密着層も金属導体層1と同様に薄膜法により形
成されたものであり、0.01〜10μm、特に0.0
5〜2μmの厚みで形成されることが望ましい。
【0019】このような密着層を薄膜法により形成する
には、例えば、Ti化合物をスパッタリング法により形
成する場合、蒸着源からTi原子を蒸発させると同時
に、スパッタガス中に若干のO2 ガスやN2 ガスを混入
させて、気相中あるいは成膜最表層上で反応させ、Ti
の一部を酸化物あるいは窒化物にすることにより密着層
の電気抵抗率を大きくすることが可能である。
【0020】なお、密着層として、酸化物あるいは窒化
物が混入すると、純Tiからなる密着層に比較して密着
力が低下する場合もあるが、成膜初期は純Ar中で成膜
して、純Ti層を形成し、その後、徐々にO2 ガスやN
2 ガスを導入して密着層の厚さ方向に組成分布をもたせ
ることにより密着力の低下を抑えることができる。
【0021】具体的に誘電体基板表面に伝送線路を形成
するには、上記のようにして密着層を形成した後、さら
にCu、Al、Au等の良電気伝導性の金属導体を純A
r中で形成した後、周知のフォトリソグラフィ等の手法
によりパターンを形成すればよい。
【0022】なお、本発明において誘電体基板の表面に
形成される伝送線路は、マイクロストリップ線路、スト
リップ線路、コプレーナ線路、スロット線路のうちの少
なくと1種を形成する場合に好適である。
【0023】また、伝送線路が形成される誘電体基板と
しては、純度99%以上の高純度アルミナ基板の他、ガ
ラスセラミックス基板、マグネシア基板等のセラミック
基板の他、石英ガラス基板等のガラス基板、サファイア
基板等の単結晶基板が好適に用いられる。
【0024】
【実施例】
実施例1 誘電体基板として、純度99.6%のアルミナ焼結体か
らなり、両面を鏡面研磨した厚さ310μmの基板を準
備した。この基板の一表面にスパッタリング法によりT
i、またはTi化合物を蒸着し、次いで裏面にも同様に
Tiを主成分とした密着層を形成した。この時の蒸着源
として純度99.9%のTi金属を用い、基板温度15
0℃、全圧10mTorrに一定とし、Ar、O2 、N
2 の流量を表1のように変化させて行った。
【0025】その後、密着層の表面に金属導体層として
スパッタリング法により、Ar中でCuを2μmずつ両
面に形成した。その後、フォトリソグラフィ技術を用い
て、導体幅300μm、長さが5cmのマイクロストリ
ップ線路を作製した。作製した伝送線路の20GHzに
おける伝送損失をネットワークアナライザーで測定し
た。なお、密着層形成のためのスパッタリング条件、密
着層厚み、密着層の電気抵抗率、20GHzにおける伝
送損失は表1に示した。
【0026】また、得られた伝送線路の誘電体基板に対
する密着性を調べた。密着性は、上記と同様にして作製
した1mm×1mmのパッドに金属金具を半田付けし,
その金具を引っ張り,金具が剥がれた時の引っ張り力を
密着力として評価した。また,参考として、密着層を何
ら形成しないものを作製し、同様に評価を行った。
【0027】
【表1】
【0028】表1より、密着層の厚みが0.2μmの線
路で比較すると、密着層を純Tiから形成した試料No.
1では、伝送線路の伝送損失は30dB/mであるのに
対して、スパッタリング時にO2 ガスやN2 ガスを導入
し、密着層の電気抵抗率を大きくすると、伝送損失が小
さくなっていることがわかる。これは、密着層の電気抵
抗率が大きくなったことにより、密着層中を流れる電流
が小さくなり、密着層による損失が小さくなったためと
考えられる。この場合、伝送損失低減の効果が認められ
るのは、密着層の電気抵抗率が4.4mΩcm以上の場
合であった。
【0029】また、誘電体基板との密着性においても、
純Tiからなる密着層を形成した場合に比較して若干の
低下があるが、実用上は何ら問題のないものであった。
【0030】実施例2 密着層形成時の蒸着源としてTaを用いる以外は、実施
例1と同様にしてマイクロストリップ伝送線路が形成さ
れた回路基板を作製した。基板、成膜方法、試料の加
工、評価はスパッタリングのターゲット以外は実施例1
と同様である。表2にスパッタリング時のガス流量、密
着層厚み、密着層の電気抵抗率、20GHzにおける伝
送損失、および密着力を示す。
【0031】
【表2】
【0032】表2より、密着層の厚みが0.1μmの線
路で比較すると、スパッタリング時にO2 ガスをN2
スと同時に導入し、密着層の電気抵抗率を大きくする
と、伝送損失が小さくなっていることがわかる。この場
合、密着層の電気抵抗率が6.0mΩcmにおいて伝送
損失低減の効果が認められた。
【0033】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、高
周波回路基板における薄膜法により伝送線路として形成
された金属導体層の誘電体基板との間に密着力を変える
ことなく、密着層による伝送損失を密着層が存在しない
場合と同等程度に小さくすることができる。これにより
マイクロストリップ線路等を備えた高周波回路基板とし
て、信頼性の高い基板を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の高周波回路基板の構造を説明するため
の図である。
【符号の説明】
1 誘電体基板 2 金属導体層 3 密着層

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】誘電体基板の表面に、薄膜法により、電気
    抵抗率が10mΩcm以下の金属導体層からなる伝送線
    路が形成された回路基板において、前記金属導体層と前
    記誘電体基板との間に電気抵抗率が4.4mΩcm以上
    の密着層を介在させたことを特徴とする高周波回路基
    板。
  2. 【請求項2】前記伝送線路が、マイクロストリップ線
    路、ストリップ線路、コプレーナ線路、スロット線路の
    うちの少なくと1種を形成したものである請求項1記載
    の高周波回路基板。
  3. 【請求項3】前記密着層が、Ti、Taのうちの少なく
    とも1種を含む化合物からなる請求項1記載の高周波回
    路基板。
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