波导管的制作方法

本发明涉及一种使用层叠多个电介质层而成的电介质基板构成的波导管。

背景技术：

以往，在使用微波段、毫米波段的高频信号的无线通信中，众所周知一种传输自供电部供给的高频信号的波导管。近年来，鉴于波导管的小型轻型化、加工的容易性，应用一种使用层叠多个电介质层而成的电介质基板来构成的波导管。这种波导管具有例如这样的构造，即，以包围电介质基板的方式形成上下的导体层、侧面的通路导体群，在波导管的预定的位置形成供电部。为了实现波导管的良好的传输特性，需要极力抑制从供电部的供电端子至波导管的内部的阻抗失配。因此，提出了一种使形成于波导管的供电部所使用的通路导体的直径阶段性地或连续地变化的供电构造(例如参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第3464108号公报

技术实现要素：

发明要解决的问题

根据专利文献1所公开的供电构造(例如参照图1)，形成于波导管的供电用通路导体的直径在与外部的线路等相连接的一侧最细，且其直径朝向波导管的内部去而阶段性地变粗。在该情况下，为了充分缓和阻抗的急剧的变化，不得不加大供电用通路导体的最大的直径与最小的直径的比例。为了使用电介质基板来制作具有上述的供电构造的波导管，通常的流程为，例如在多个陶瓷生坯片的供电用通路导体的位置打出导通孔，在此填充金属的导电糊剂，层叠后进行烧制。

然而，当供电用通路导体的直径过大时，有可能在烧制时因陶瓷与导电糊剂的热膨胀系数之差而产生电介质基板的翘曲、供电用通路导体的附近的裂缝。相反地，即使在保持上述的比例不变的前提下将供电用通路导体的最大的直径抑制为能够防止上述的翘曲、裂缝的程度，但由于供电用通路导体的最小的直径过小，因此也有可能在该部分向导通孔填充导电糊剂时产生填充不良。总之，供电用通路导体的直径的大小的范围受到制作上的各种制约，设定适合于阻抗匹配的尺寸条件较为困难。

本发明是为了解决上述课题而完成的，提供一种具有适合于阻抗匹配的供电构造并且能够有效地防止制作时成为问题的翘曲、裂缝、填充不良等问题的波导管。

用于解决问题的方案

为了解决上述课题，本发明是一种使用层叠多个电介质层而成的电介质基板(10)构成的波导管，其特征在于，该波导管具有：第1导体层(11)，该第1导体层(11)形成于所述电介质基板的下表面；第2导体层(12)，该第2导体层(12)形成于所述电介质基板的上表面；1对侧壁部(13)，该1对侧壁部(13)将所述第1导体层和所述第2导体层电连接，且构成所述波导管的两侧的侧壁；以及供电部(15)，该供电部(15)向所述波导管供给输入信号。所述供电部构成为，包括：供电端子(20)，该供电端子(20)形成于所述电介质基板的下表面，不与所述第1导体层相接触；1个或多个第1通路导体(30)，该1个或多个第1通路导体(30)各自的下端与所述供电端子相连接；第1连接焊盘(21)，该第1连接焊盘(21)与所述1个或多个第1通路导体各自的上端相连接；以及多个第2通路导体(31)，该多个第2通路导体(31)各自的下端与所述第1连接焊盘相连接，所述多个第2通路导体的沿着所述电介质基板的下表面(xy面)的截面积的总和大于所述1个或多个第1通路导体的沿着所述电介质基板的下表面的截面积的总和。

根据本发明的波导管，向使用电介质基板构成的波导管供给输入信号的供电部至少具有从电介质基板的下表面侧将供电端子、1个或多个第1通路导体、第1连接焊盘以及多个第2通路导体按该顺序连接起来的构造，与距供电端子较近的1个或多个第1通路导体相比，上部的多个第2通路导体沿着电介质基板的下表面的截面积的总和更大。根据这样的供电构造，若适当地调整第1通路导体和第2通路导体各自的个数，则能够在不加大各自的直径的比例的情况下缓和阻抗的急剧的变化，并实现充分的阻抗匹配。而且，不必极端地增减各通路导体的直径，因此，能够防止由于在制作波导管时通路导体的直径过大所产生的热膨胀系数之差导致的电介质基板的翘曲、裂缝，且能够防止由于通路导体的直径过小而产生的导电糊剂的填充不良。

在本发明的供电部中，能够将多个第2通路导体的个数设定为比1个或多个第1通路导体的个数多。由此，能够容易地将多个第2通路导体的截面积的总和设为比1个或多个第1通路导体大。在该情况下，也能够使1个或多个第1通路导体和多个第2通路导体全部以相同的直径的圆柱导体形成。

在本发明的供电部中，期望的是，多个第2通路导体以截止波长的1/2以下的间隔排列。在该情况下，也可以是，多个第2通路导体例如排列在第1连接焊盘的面内的圆周上。

本发明的供电部还能够构成为，在多个第2通路导体的上部沿着电介质基板的高度方向交替连接有第2连接焊盘和多个第3通路导体，包含1个或多个第1通路导体、多个第2通路导体以及多个第3通路导体在内的多个通路导体的沿着电介质基板的下表面的截面积的总和随着向高度方向的上部去而依次增加。因而，能够容易地与各层的多个通路导体的个数的设定等相应地调整截面积的总和，能够可靠地缓和从供电部至波导管的内部的阻抗的急剧的变化。

在本发明的供电部中，在交替连接有前述的第2连接焊盘和第3通路导体的结构中，也能够设定为，多个通路导体的个数随着向高度方向的上部去而依次增加。在该情况下，也能够使全部的通路导体以相同的直径的圆柱导体形成。另外，期望的是，各自的下端与共用的所述第2连接焊盘相连接的多个第3通路导体以截止波长的1/2以下的间隔排列，该情况下的多个第3通路导体也可以排列在第2连接焊盘的面内的圆周上。并且也可以是，在从高度方向观察的俯视视角下，使包含第1连接焊盘和第2连接焊盘在内的全部的连接焊盘形成为配置于相同的位置的、直径相同的圆形。

本发明的1对侧壁部能够使用分别将第1导体层和第2导体层连接起来的多个侧壁用通路导体构成。由此，能够以相同的方法形成供电部所含的多个通路导体和1对侧壁部所含的多个侧壁用通路导体，能够提高波导管的制造效率。

发明的效果

根据本发明，供电部的构造设为，将与供电端子的上表面相连接的1个或多个第1通路导体和与第1连接焊盘相连接的多个第2通路导体依次连接，与1个或多个第1通路导体相比，多个第2通路导体的截面积的总和更大，因此，通过适当调整各自的个数，能够在不极端地增减通路直径的情况下，缓和从供电端子到波导管的内部的阻抗的急剧的变化。而且，在制作波导管时，能够防止由于通路导体的直径过大所产生的电介质基板的翘曲、裂缝，并且也能够防止由于通路导体的直径过小所产生的填充不良，因此，能够在不损害制作时的可靠性的情况下实现充分地使阻抗匹配而得到良好的传输特性的波导管。

附图说明

图1是表示应用了本发明的波导管的构造例的图，图1的(a)是从上方观察波导管的俯视图，图1的(b)是图1的(a)的波导管的a－a剖面的剖视图，图1的(c)是从下方观察图1的(a)的波导管的仰视图。

图2的(a)是在图1的供电部15的构造中放大表示供电部15的侧视图，图2的(b)是从z方向观察图1的供电部15的构造中的各个连接焊盘21、22的俯视图。

图3是表示关于供电部15的通路导体31的个数的变形例的图。

图4是表示关于供电部15的上部的构造的变形例的图。

图5是表示关于供电部15所含的通路导体的直径的变形例的图。

图6是说明本实施方式的波导管的制作方法的概要的图。

图7是表示用来与本实施方式进行对比的、以往类型的供电部50的剖面构造的例子的图。

图8是在本实施方式的波导管中，关于通过模拟得到的频率特性，与具有以往类型的供电部50的波导管进行比较并且说明的图。

具体实施方式

以下，参照附图说明应用了本发明的波导管的优选的实施方式。不过，以下所述的实施方式是使本发明的技术思想具体化的形态的一个例子，本发明并不被本实施方式的内容限定。

首先，使用图1说明应用了本发明的波导管的构造例。图1的(a)是从上方观察本实施方式的波导管的俯视图，图1的(b)是图1的(a)的波导管的a－a剖面的剖视图，图1的(c)是从下方观察图1的(a)的波导管的仰视图。此外，在图1中，为了便于说明，分别用箭头表示彼此正交的x方向(波导管的管轴方向)、y方向、z方向。

图1所示的波导管具有包括陶瓷等电介质材料的电介质基板10、形成于电介质基板10的下表面的包括导电材料的导体层11(本发明的第1导体层)、形成于电介质基板10的上表面的包括导电材料的导体层12(本发明的第2导体层)、将上下的导体层11、12连接起来的多个通路导体13(本发明的侧壁用通路导体)、在上表面的导体层12上形成的两个缝隙14以及形成于波导管的下侧的区域的供电部15。

电介质基板10通过层叠多个电介质层而形成，具有以x方向为长度方向的长方体的外形形状。电介质基板10的周围中的上下(z方向上的两侧)由前述的1对导体层11、12覆盖，xy面内的4个边均由前述的多个通路导体13包围。根据这样的构造，电介质基板10作为由包括1对导体层11、12和多个通路导体13的导体壁包围的波导管发挥功能。该波导管在管轴方向即x方向上传输信号，如图1的(a)和图1的(b)所示，具有在z方向为高度a以及在y方向上为宽度b的矩形剖面(yz剖面)。通常设定为b≈2a的关系，通过这样的设定，能够以将波导管的上下面设为h面的te10作为主模式进行传播。

多个通路导体13分别为向贯通电介质基板10的多个贯通孔填充导电材料而成的柱状导体，多个通路导体13分别将上下的导体层11、12电连接。多个通路导体13设定为，相邻的通路导体13之间的间隔为波导管的截止波长的1/2以下。沿着x方向排列为2列的多个通路导体13(本发明的1对侧壁部)构成波导管中的在y方向上相对的侧壁，沿着y方向排列为2列的多个通路导体13构成波导管中的在x方向上相对的1对端面。此外，多个通路导体13不会暴露于外部，其外周由电介质基板10覆盖。

此外，在图1的例子中，示出了多个通路导体13划分出从波导管的z方向观察到的4个边的构造，实际上也可以设为这样的构造：仅划分出多个通路导体13中的、与在y方向上相对的两侧的侧壁相对应的两个边。此外，也可以替代多个通路导体13，而在电介质基板10的外周的4个边或两个边的各侧面形成包括导体材料的侧壁。

两个缝隙14在上侧的导体层12的预定位置以预定的间距配置，作为波导管的天线发挥功能。在各缝隙14的位置，导体层12开口，下侧的电介质基板10局部地暴露。在图1的例子中，在自y方向上的中心位置偏移的位置，x方向上的长度和y方向上的宽度均相同的两个缝隙14并列排列。缝隙14的x方向上的长度根据所期望的频率特性适当设定。此外，在图1中，示出了在波导管设有缝隙14的构造，但对于未设有缝隙14的波导管也能够应用本发明。

供电部15具有将来自外部的输入信号向波导管供给的作用。以下参照图2来详细说明供电部15的构造。图2的(a)是放大表示图1的(b)的供电部15的侧视图，图2的(b)是从z方向观察供电部15中的各个连接焊盘21、22的俯视图。此外，在图2的(b)中，将连接焊盘21的正下方的1个通路导体30和连接焊盘22的正下方的4个通路导体31分别以透视的状态示出。

如图2所示，本实施方式的供电部15由与导体层11形成在同一平面内的包括导体图案的供电端子20、配置于供电端子20的上方的连接焊盘21(本发明的第1连接焊盘)、配置于连接焊盘21的上方的连接焊盘22(本发明的第2连接焊盘)、将供电端子20和连接焊盘21电连接的1个通路导体30(本发明的1个或多个第1通路导体)以及将连接焊盘21和连接焊盘22电连接的4个通路导体31(本发明的多个第2通路导体)构成。

供电部15的下端的供电端子20如图1的(c)所示，从周围的导体层11分离(非接触)，具有以x方向为长度方向的外形形状。在供电端子20连接有例如用于传输电子电路等产生的输入信号的线路的一端。在供电端子20的上表面连接有1个通路导体30的下端。通路导体30贯通电介质基板10中的下层侧的3层电介质层而形成，其上端与连接焊盘21相连接。在连接焊盘21的上表面连接有4个通路导体31中的每一个通路导体31的下端。4个通路导体31贯通电介质基板10中的预定位置的电介质层而形成，4个通路导体31中的每一个通路导体31的上端与连接焊盘22相连接。因此，经由供电部15向波导管供给的输入信号依次经由供电端子20、1个通路导体30、连接焊盘21、4个通路导体31、连接焊盘22，在波导管的内部传输。

如图2的(b)所示，连接焊盘21、22在从z方向观察的俯视视角下，彼此具有处于相同位置且直径相同的圆形的形状。1个通路导体30在连接焊盘21的面内位于圆形的中心。另一方面，4个通路导体31在连接焊盘22的面内以包围圆形的中心的圆周状排列。另外，该4个通路导体31与构成侧壁的多个通路导体13(图1)同样地设定为，相邻的通路导体31之间的间隔为截止波长的1/2以下。此外，供电部15所含的全部共5个的通路导体30、31在xy面内具有相同直径的圆形剖面。因此，上部的4个通路导体31的xy面内的截面积的总和为下部的1个通路导体30的xy面内的截面积的4倍。

具有上述的构造的供电部15具有抑制经由供电部15向波导管供给信号时的阻抗的失配的作用。即，与供电部15的供电端子20相连接的线路等外部导体的阻抗为50ω左右是标准的，与此相对，波导管的阻抗也取决于电介质基板10的介电常数，但该波导管的阻抗至少是100～200ω左右的较大的值。因此，通常情况下，有可能由于经由供电部15产生阻抗失配，从而因信号的反射等而导致波导管的传输特性劣化。另一方面，本实施方式的供电部15为在外部导体的附近截面积较小且在波导管的内部截面积较大的构造，因此，能够缓和阻抗的急剧的变化并可靠地实现阻抗匹配。并且，本实施方式的供电部15与以往的供电构造(例如专利文献1的供电构造)相比，在防止因包括电介质基板10的波导管的制造工序导致的不良这一点上也是有利的，关于这一点的详细说明见后述。

关于本实施方式的供电部15，并不限定于图1和图2的构造，以起到本发明的效果为前提，具有多种变形例。首先，在图1和图2所示的供电部15中，即使是未设置最上部的连接焊盘22的构造，也能够大体实现上述的作用效果。不过，在波导管的制作工序中，通常的构造是多个通路导体31的上端与某个连接焊盘相连接，因此是设有连接焊盘22的构造。另外，在图1和图2所示的供电部15中，示出了在下部仅设有1个通路导体30的构造，但即使是在下部设有多个通路导体30的构造，只要其截面积的总和比上部的多个通路导体31的截面积的总和小，则能够应用本发明。如以上所述，能够应用本发明的供电部15只要具有供电端子20、1个或多个通路导体30、连接焊盘21以及多个通路导体31就能够实现。

以下，使用图3～图5说明关于本实施方式的供电部15的代表性的变形例。此外，在图3～图5中，分别示出与图2的(a)相对应的侧视图和与图2的(b)相对应的俯视图并进行说明。首先，在图3中示出关于供电部15的通路导体31的个数的变形例。在本变形例中，图2的(b)的4个通路导体31如图3的(b)所示，由6个通路导体31置换。该6个通路导体31在连接焊盘21的面内以包围圆形的中心的圆周状排列。在本实施方式中，通路导体30、31各自的个数能够根据供电部15的阻抗的特性来适当规定。在该情况下，关于各级的多个通路导体30、31的个数，通常越向z方向的上部去越增加，但也设想了若截面积的总和增加则个数不增加的情况。

图4表示关于供电部15的上部的构造的变形例。在本变形例中，在图2的连接焊盘22的上表面连接有图4的(b)的8个通路导体32(本发明的多个第3通路导体)中的每一个通路导体32的下端，该8个通路导体32中的每一个通路导体32的上端还与连接焊盘23(本发明的第2连接焊盘)相连接。在图4的例子中，在从z方向观察的俯视视角下，连接焊盘23具有与下方的连接焊盘21、22处于相同的位置且直径相同的圆形的形状，8个通路导体32在连接焊盘22的面内以包围圆形的中心的圆周状排列。

也可以设为在连接焊盘23的上部进一步交替连接多个通路导体和连接焊盘的构造，对此未在图4中示出。即，在供电部15的构造的范围内，对于在供电端子20的上部以预定的级数配置有多个通路导体和连接焊盘的构造，也能够应用本发明。在该情况下，各级的多个通路导体的截面积的总和需越向z方向的上部去越增加。此外，图4的例子中，连接焊盘21～23形成为处于相同的位置且直径相同的圆形的形状，但各级的连接焊盘也可以处于不同的位置，具有不同的外形形状。另外，各级的多个通路导体的排列也不限于圆周状，也可以以多种形状排列。并且，关于各级的1个或多个通路导体的高度(z方向的长度)，并不限于图2～图5的例子，能够根据供电部15的阻抗的特性来适当规定。

图5表示关于供电部15所含的通路导体的直径的变形例。在本变形例中，如图5的(b)所示，将图2的(b)的1个通路导体30替换为直径较小的1个通路导体30a，并且将图2的(b)的4个通路导体31替换为直径较大的4个通路导体31a。即，供电部15所含的多个通路导体并不限于相同的直径，也可以是不同直径的通路导体混合存在。其中，当如后述那样考虑到波导管的制作上的问题时，通路导体的直径被限制在50μm以上且200μm以下的范围，期望在该范围内尽量缩小各通路导体的直径之差。此外，也设想通路导体的直径在z方向的上部变小的情况，但在如下这点上与前述相同，即，需要使各级的多个通路导体的截面积的总和越向z方向的上部去越增加。

接下来，关于本实施方式的波导管的制作方法的概要，参照图6进行说明。在图6中示出了图1的构造中的、主要仅是x方向上的左侧的区域的剖面构造。首先，作为构成电介质基板10的多个电介质层，例如准备通过刮刀法形成的低温烧制用的多个陶瓷生坯片40。这里，与图1的(b)相对应地，使用8片陶瓷生坯片40。然后，如图6的(a)所示，在各陶瓷生坯片40的预定位置实施冲孔加工，使与侧壁用的多个通路导体13相对应的导通孔41和与供电部15用的多个通路导体30、31分别相对应的导通孔42、43开口。此外，关于侧壁用的导通孔41，在俯视时配置于波导管的4个边，对此未在图6中示出。

接着，如图6的(b)所示，通过丝网印刷分别对开口于各陶瓷生坯片40的多个导通孔41、42、43填充包含cu的导电性糊剂，从而分别形成侧壁用的多个通路导体13、供电部15的多个通路导体30、31。接着，如图6的(c)所示，通过丝网印刷分别在最上层的陶瓷生坯片40的上表面、最下层的陶瓷生坯片40的下表面、预定位置的陶瓷生坯片40的上表面涂布前述的导电性糊剂，从而分别形成上下的导体层11、12、供电端子20、连接焊盘21、22。

然后，将实施了前述的加工的多个陶瓷生坯片40依次层叠，然后通过加热加压来形成层叠体。然后，对得到的层叠体进行脱脂、烧制，从而完成了由图1所示的构造的电介质基板10构成的波导管。

这里，对于通过采用本实施方式的供电部15的构造，在图6中说明的制作工序时得到的效果进行说明。在图7中，为了与本实施方式进行对比，示出了以往类型的供电部50的剖面构造的例子(例如参照专利文献1的图2)。图7的供电部50与本实施方式的图2的(a)的供电部15不同，为了缓和阻抗的急剧的变化，与供电端子相连接的通路导体51的直径随着向上方去而阶段性地增加。例如，与通路导体51的下端部51a相比，直径在通路导体51的上端部51b变大数倍左右。

例如，设想以与图6的(b)相同的方法来形成图7的通路导体51的上端部51b。在该情况下，对与上端部51b相对应的导通孔填充导电糊剂，在形成层叠体之后进行烧制时，金属的导电糊剂与周围的陶瓷生坯片40的热膨胀系数存在差，因此，热应力施加于上端部51b的附近。此时，若通路导体30、31的直径像本实施方式这样较小，则不会产生问题，但由于图7的上端部51b的直径较大，热应力的影响较强，局部地产生层叠基板的翘曲、裂缝的可能性变高。

另一方面，为了避免上述的问题，也能够以相同的比例整体地缩小通路导体51的直径，以使上端部51b的直径一定程度变小。然而，在该情况下，下端部51a的直径进一步变小，因此，在向下端部51a填充导电糊剂时，容易产生填充不良，有可能形成不完全的通路导体51。如以上所述，以往类型的供电部50会伴随着波导管的制作而产生各种问题，无法确保可靠性，与此相对，本实施方式的供电部15不会产生这样的问题，能够确保较高的可靠性。

接下来，关于本实施方式的波导管，对通过模拟得到的频率特性进行说明。在图8中以重叠的方式示意性地示出具有本实施方式所说明的供电部15的波导管的频率特性(预定的频率范围内的反射系数s11的变化)和具有图7的以往类型的供电部50的波导管的频率特性。在图8的模拟中，将频率的范围设为27ghz～29ghz，将图1的尺寸设为a＝1.6mm，b＝3.2mm，将电介质基板10的相对介电常数设为εr＝5.8，将介电损耗设为tanδ＝0.0022，且将导体层11、12和通路导体13、供电部15、50假定为完全导体。另外，本实施方式的供电部15的通路导体30、31的直径设为φ0.1mm，通路导体13的最小通路间距设为0.2mm，以往类型的供电部50的通路导体51的直径从下层侧起依次设为φ0.1mm、φ0.2mm、φ0.3mm、φ0.4mm，并执行模拟。

如图8所示，可知本实施方式的频率特性在频率28ghz的附近具有衰减极，能够得到充分宽的频带。另一方面，以往构造的情况下的频率特性在比频率28ghz稍低的频率处具有衰减极，与本实施方式相比，频带变窄。这样，通过采用本实施方式的供电部15的构造，能够实现频率特性的宽频带化。

以上基于本实施方式具体地说明了本发明的内容，但本发明并不限于上述的实施方式，在不脱离其主旨的范围内，能够实施多种变更。即，关于本实施方式的波导管的构造和供电部15的构造，并不限定于在图1～图5中说明的构造例，只要能够得到本发明的作用效果，则能够对于使用其他构造、材料的多种波导管广泛地应用本发明。并且，关于其他的点也不会由上述实施方式限定本发明的内容，只要能够得到本发明的作用效果，则不限定于上述实施方式所公开的内容，而是能够适当变更。

附图标记的说明

10、电介质基板；11、12、导体层；13、通路导体(侧壁用)；14、缝隙；15、供电部；20、供电端子；21、22、23、连接焊盘；30、31、32、通路导体；40、陶瓷生坯片；41、42、43、导通孔。