図面 (/)

技術 モード変換器及びモード変換器の製造方法

出願人 株式会社フジクラ
発明者 中村圭上道雄介
出願日 2016年8月4日 (4年4ヶ月経過) 出願番号 2016-153706
公開日 2018年2月8日 (2年10ヶ月経過) 公開番号 2018-023030
状態 特許登録済
技術分野 導波管型の結合装置 ウェーブガイド
主要キーワード 製造実績 サブミリ波 GNDパッド 導体柱 入力インピーダンス整合 短パルスレーザー 高周波信号入力端子 電磁波信号
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2018年2月8日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (12)

課題

反射損を抑制した信号伝送を実現することができるモード変換器及びモード変換器の製造方法の提供。

解決手段

一実施形態に係るモード変換器は、基板101と、基板101の一方の主面101a及び他方の主面101bに形成された接地導体からなる広壁と、基板101を貫通して形成されて広壁同士を接続する導体からなる狭壁及びショート壁と、から形成された導波路と、基板101の一方の主面101aから所定の深さまで形成された孔部10の内部に設けられた導体からなるピンと、基板101の一方の主面101a側に形成されてピンに接続された伝送線路と、を備え、孔部10は、膨らんだ先端部11を有する。

概要

背景

近年、ミリ波帯を利用した数G[bps]の高速大容量通信が提案され、その一部が実現されつつある。特に、60[GHz]帯で動作する無線通信機器は、より重要性増している。国内においては、59[GHz]から66[GHz]までの広い周波数帯域を、特定省電力で利用可能であることから、民生分野への普及が期待されている。加えて70[GHz]から90[GHz]のEバンド帯についても、同様な理由から注目されており、安価で小型のミリ波通信モジュールの実現が急務となっている。

このような小型で安価なミリ波通信モジュールを実現する形態として、下記特許文献1には、ポスト壁導波路(PWW:Post-wall Waveguide)を備えたモード変換器が開示されている。このモード変換器は、基板と、基板の一方の主面及び他方の主面に形成された接地導体からなる広壁と、基板を貫通して形成されて広壁同士を接続する導体からなる狭壁及びショート壁と、基板の一方の主面から所定の深さまで形成された孔部の内部に設けられた導体からなるピンと、基板の一方の主面側に形成されてピンに接続された伝送線路と、を備えている。

概要

反射損を抑制した信号伝送を実現することができるモード変換器及びモード変換器の製造方法の提供。一実施形態に係るモード変換器は、基板101と、基板101の一方の主面101a及び他方の主面101bに形成された接地導体からなる広壁と、基板101を貫通して形成されて広壁同士を接続する導体からなる狭壁及びショート壁と、から形成された導波路と、基板101の一方の主面101aから所定の深さまで形成された孔部10の内部に設けられた導体からなるピンと、基板101の一方の主面101a側に形成されてピンに接続された伝送線路と、を備え、孔部10は、膨らんだ先端部11を有する。

目的

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、反射損を抑制した信号伝送を実現することができるモード変換器及びモード変換器の製造方法の提供を目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

基板と、前記基板の一方の主面及び前記他方の主面に形成された接地導体からなる広壁と、前記基板を貫通して形成されて前記広壁同士を接続する導体からなる狭壁及びショート壁と、から形成された導波路と、前記基板の一方の主面から所定の深さまで形成された孔部の内部に設けられた導体からなるピンと、前記基板の一方の主面側に形成されて前記ピンに接続された伝送線路と、を備え、前記孔部は、膨らんだ先端部を有する、ことを特徴とするモード変換器

請求項2

前記孔部は、前記基板の一方の主面から離れるに従って細くなる縮径部を有し、前記先端部は、前記縮径部の最小径よりも大きい直径を有する球状に形成されている、ことを特徴とする請求項1に記載のモード変換器。

請求項3

前記先端部の直径をa、前記縮径部の最小径をbとしたときに、1.1≦a/b≦1.3の関係を有する、ことを特徴とする請求項2に記載のモード変換器。

請求項4

前記孔部の先端から前記先端部の中心までの距離をc、前記先端部の中心から前記縮径部の最小径までの距離をdとしたときに、0<d<cの関係を有する、ことを特徴とする請求項2または3に記載のモード変換器。

請求項5

前記先端部の直径をa、前記孔部の先端から前記先端部の中心までの距離をcとしたときに、a≦2cの関係を有する、ことを特徴とする請求項2〜4のいずれか一項に記載のモード変換器。

請求項6

基板と、前記基板の一方の主面及び前記他方の主面に形成された接地導体からなる広壁と、前記基板を貫通して形成されて前記広壁同士を接続する導体からなる狭壁及びショート壁と、から形成された導波路と、前記基板の一方の主面から所定の深さまで形成された孔部の内部に設けられた導体からなるピンと、前記基板の一方の主面側に形成されて前記ピンに接続された伝送線路と、を備えるモード変換器の製造方法であって、先端部が膨らんだ前記孔部を形成する孔部形成工程を有する、ことを特徴とするモード変換器の製造方法。

請求項7

前記孔部形成工程は、前記基板の一方の主面側からレーザー光照射することにより前記基板に改質部を形成し、該改質部の前記基板の前記所定の深さにおけるピッチを、前記基板の一方の主面側におけるピッチよりも密にする第一工程と、前記改質部を除去することにより、先端部が膨らんだ前記孔部を形成する第二工程と、を有する、ことを特徴とする請求項6に記載のモード変換器の製造方法。

技術分野

0001

本発明は、モード変換器及びモード変換器の製造方法に関するものである。

背景技術

0002

近年、ミリ波帯を利用した数G[bps]の高速大容量通信が提案され、その一部が実現されつつある。特に、60[GHz]帯で動作する無線通信機器は、より重要性増している。国内においては、59[GHz]から66[GHz]までの広い周波数帯域を、特定省電力で利用可能であることから、民生分野への普及が期待されている。加えて70[GHz]から90[GHz]のEバンド帯についても、同様な理由から注目されており、安価で小型のミリ波通信モジュールの実現が急務となっている。

0003

このような小型で安価なミリ波通信モジュールを実現する形態として、下記特許文献1には、ポスト壁導波路(PWW:Post-wall Waveguide)を備えたモード変換器が開示されている。このモード変換器は、基板と、基板の一方の主面及び他方の主面に形成された接地導体からなる広壁と、基板を貫通して形成されて広壁同士を接続する導体からなる狭壁及びショート壁と、基板の一方の主面から所定の深さまで形成された孔部の内部に設けられた導体からなるピンと、基板の一方の主面側に形成されてピンに接続された伝送線路と、を備えている。

先行技術

0004

特開2014−236291号公報

発明が解決しようとする課題

0005

このようなモード変換器においては、ミリ波信号が伝送線路からピンを介し、導波路である基板の内部に導かれる際の信号の反射を抑制することが極めて重要である。このため、ピンの太さ、長さ、ピンから基板の他方の主面に形成された広壁(接地導体)までの距離を所定の値に調整する必要がある。
このピンは、基板にレーザー光照射して、基板の一方の主面から所定の深さまで改質部を形成し、この改質部をエッチングにより除去して孔部を形成し、この孔部の内部に導電性物質を導入することで形成することができる。

0006

しかしながら、このようにピンを形成する場合、ピンの直径が基板の一方の主面から離れる(基板内部に進む)に従って細くなってしまう。これは、孔部を形成するエッチャントが、基板の一方の主面から改質部を徐々にエッチングしていくことと、当該エッチングが改質部以外を含め等方的に進むことに由来する。このため、孔部に形成されるピンの先端部の直径が小さくなり、ピンと基板の他方の主面に形成された広壁(接地導体)との間における電気的結合が弱くなり、信号の反射が増大してしまうという問題がある。
なお、孔部の先端部の直径を大きくする目的でエッチング時間を長くした場合、上述の通りエッチングが等方的に進行するため、基板の一方の主面側における孔部の直径も大きくなってしまう。この場合、基板の一方の主面側において伝送線路からピンに導かれるミリ波信号の反射を抑えるために、伝送線路の設計変更が必要になり、また、伝送線路の配線パターン面積が大きくなるといった問題がある。

0007

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、反射損を抑制した信号伝送を実現することができるモード変換器及びモード変換器の製造方法の提供を目的とする。

課題を解決するための手段

0008

(1)本発明の一態様に係るモード変換器は、基板と、前記基板の一方の主面及び前記他方の主面に形成された接地導体からなる広壁と、前記基板を貫通して形成されて前記広壁同士を接続する導体からなる狭壁及びショート壁と、から形成された導波路と、前記基板の一方の主面から所定の深さまで形成された孔部の内部に設けられた導体からなるピンと、前記基板の一方の主面側に形成されて前記ピンに接続された伝送線路と、を備え、前記孔部は、膨らんだ先端部を有する。

0009

(2)上記(1)に記載されたモード変換器であって、前記孔部は、前記基板の一方の主面から離れるに従って細くなる縮径部を有し、前記先端部は、前記縮径部の最小径よりも大きい直径を有する球状に形成されていてもよい。
(3)上記(2)に記載されたモード変換器であって、前記先端部の直径をa、前記縮径部の最小径をbとしたときに、1.1≦a/b≦1.3の関係を有してもよい。
(4)上記(2)または(3)に記載されたモード変換器であって、前記孔部の先端から前記先端部の中心までの距離をc、前記先端部の中心から前記縮径部の最小径までの距離をdとしたときに、0<d<cの関係を有してもよい。
(5)上記(2)〜(4)に記載されたモード変換器であって、前記先端部の直径をa、前記孔部の先端から前記先端部の中心までの距離をcとしたときに、a≦2cの関係を有してもよい。

0010

(6)本発明の一態様に係るモード変換器の製造方法は、基板と、前記基板の一方の主面及び前記他方の主面に形成された接地導体からなる広壁と、前記基板を貫通して形成されて前記広壁同士を接続する導体からなる狭壁及びショート壁と、から形成された導波路と、前記基板の一方の主面から所定の深さまで形成された孔部の内部に設けられた導体からなるピンと、前記基板の一方の主面側に形成されて前記ピンに接続された伝送線路と、を備えるモード変換器の製造方法であって、先端部が膨らんだ前記孔部を形成する孔部形成工程を有する。

0011

(7)上記(6)に記載されたモード変換器の製造方法であって、前記孔部形成工程は、前記基板の一方の主面側からレーザー光を照射することにより前記基板に改質部を形成し、該改質部の前記基板の前記所定の深さにおけるピッチを、前記基板の一方の主面側におけるピッチよりも密にする第一工程と、前記改質部を除去することにより、先端部が膨らんだ前記孔部を形成する第二工程と、を有してもよい。

発明の効果

0012

上記本発明の態様によれば、反射損を抑制した信号伝送を実現することができるモード変換器及びモード変換器の製造方法を提供できる。

図面の簡単な説明

0013

一実施形態に係るモード変換器を示す斜視図である。
図1に示すモード変換器の断面模式図である。
図1に示すモード変換器が備える伝送線路の拡大斜視図である。
一実施形態に係るピンを形成する孔部の形状を示す断面図である。
一実施形態に係るモード変換器の製造方法を示す工程図である。
図5に示すモード変換器の製造方法における孔部形成工程を説明する説明図である。
従来のモード変換器の製造方法における孔部形成工程を説明する説明図である。
一実施形態に係るモード変換器の信号反射シミュレーションモデルを示す図である。
図8に示すシミュレーションモデルを用いて信号反射のシミュレーション結果を示すグラフである。
一実施形態に係る孔部の形状の一変形例を示す断面図である。
一実施形態に係る孔部の形状の一変形例を示す断面図である。

実施例

0014

以下、一実施形態に係るモード変換器を図面に基づいて発明を説明する。なお、以下に示す実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために、例を挙げて説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明に用いる図面は、本発明の特徴を分かりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、本発明の特徴を分かりやすくするために、便宜上、省略した部分がある。

0015

図1は、一実施形態に係るモード変換器100を示す斜視図である。図2は、図1に示すモード変換器100の断面模式図である。図3は、図1に示すモード変換器100が備える伝送線路122の拡大斜視図である。
本実施形態のモード変換器100は、図1及び図2に示すように、基板101と、基板に設けられた導波路110と、導波路110の内部に挿入されたピン123と、ピン123に接続された伝送線路122(平面回路)と、を有する。

0016

導波路110は、基板101の一方の主面101a及び他方の主面101bに設けられた接地導体(導体膜)からなる広壁111,112と、これら広壁111,112間に立設された複数のポスト(柱)壁である導体柱114からなる狭壁110Bおよびショート壁110Aと、で囲まれた領域であり、ピン123から放射される電磁波信号伝搬する経路として機能する。導波路110の一端側には、広壁111、112や、狭壁110Bおよびショート壁110Aは配されておらず、電磁波信号が放射される開口部102となっている。また、開口部102の反対側が反射部となるショート壁110Aとなっている。

0017

導波路110は、伝送線(例えば、同軸線(coaxial cable))から方形導波路(rectangular waveguide)への信号変換装置として、同軸線−導波路信号変換する構成に類似し、いわゆる、方形導波路TE10モードに変換するプローブ変換をおこなうものとされている。なお、導波路110は、異なるモードに接続する等、開口部102がない構成とすることもできる。

0018

導波路110は、広壁111,112、狭壁110Bおよびショート壁110Aで形成された方形導波路とされ、プローブ変換のプローブとなるピン123が広壁111に形成された開口部111aから、広壁111に垂直方向に内部に挿入されている。ショート壁110Aとピン123は平行となるように設けられている。

0019

基板101は、ガラス基板から形成されている。ガラス基板としては、石英ガラスソーダガラスなどを用いることができる。なお、基板101は、誘電体であれば特に限定されるものではなく、例えば、可撓性を有するフレキシブル基板から形成することもできる。フレキシブル基板としては、例えばポリイミド樹脂、PEN(ポリエチレンナフタレート)、PET(ポリエチレンテレフタレート)、ガラスエポキシ樹脂エポキシ樹脂ガラスクロス(繊維)を含んだ基板(FR4)などを用いることができ、例えば、液晶ポリマー(LCP)とすることができる。

0020

広壁111,112は、基板101の一方の主面101a及び他方の主面101bに設けられた銅薄膜などとされ、少なくともピン123の周辺領域をのぞいた基板101全面に設けられている。
導体柱114は、広壁111,112と同材の導体からなる同一径寸法の円筒状とされており、それぞれの端部が広壁111と広壁112とに接続されている。複数の導体柱114は、導波路110を平面視して開口部102に対応する部分である一辺をのぞいた略矩形となるように配列されて狭壁110Bおよびショート壁110Aを形成している。

0021

導体柱114の配列は、ピン123から発振される高周波信号を反射して外部に漏洩しないように設定される。具体的には、隣り合う導体柱114が離間して配置された場合、その中心間距離は、導体柱114の直径の2倍よりも小さくなるよう設定される。つまり、導体柱114の再近接位置同士の間隔は、導体柱114の直径と同等かこれよりも小さくなるよう設定される。また、導体柱114の内部は、図2に示すように、絶縁体124で充填されている。なお、導体柱114の内部は、絶縁体124で充填されてなくても良いし、絶縁体124でなく導体で充填されていても良い。

0022

広壁111には、略均一厚さの絶縁体124が積層されている。絶縁体124の外側表面上には、接続部としての伝送線路122が形成されている。伝送線路122は、すくなくとも広壁111の開口部111aを跨ぐように設けられ、一端側がピン123に接続され、他端側が絶縁体124上のGSGパッド125(高周波信号入力端子)に接続されて、マイクロストリップラインとなっている。GSGパッド125の両外側には、図3に示すように、伝送線路122の延在方向に直交する方向に、GNDパッド126が離間して配置される。GNDパッド126には、それぞれGNDビア127が設けられている。GNDビア127は、絶縁体124上の伝送線路122の階層と、基板101表面の広壁111の階層とを電気的に接続する。

0023

ピン123は、図2に示すように、基板101の一方の主面101aから所定の深さまで形成された孔部10の内部に設けられた導体からなる。このピン123は、略均一な外径寸法H1を有する円筒状として、基板101に内在し、先端123aが広壁112と接触しない位置となるように長さ寸法H4が設定される。このピン123は、基板101内に、基板101の一方の主面101a及び他方の主面101bに対して垂直に形成されている。ピン123の基端123bには、基板101の一方の主面101aに広壁111と同階層で、広壁111と同一材料からなるフランジ状ランド123cが周設される。平面視して円環状とされるランド123cの外縁部123dの外径寸法(ランド123cの外径寸法)H3、ランド123cに接続される部分の導体122aの外径寸法H2、および、ピン123の外径寸法H1は、H3>H2>H1となるように設定される。

0024

ランド123cの外縁部123dは、絶縁体124に覆われている。ランド123cの中央側の円環部123eの表面は、伝送線路122から延長されるとともに絶縁体124の厚さ方向に拡径する導体122aによって伝送線路122に接続される。導体122aは、ピン123の内側面(内面)まで設けられている。
ピン123は、少なくともその表面がCu、Ag、Auなどの導体から形成されていればよく、その内側面の導体122aが表面と同様の導体から形成され、導体122aの内側面が空洞、あるいは、絶縁樹脂等で占有される構造とすることができる。この導体の形成方法には、めっき法、スパッタ法を用いる方法などがある。また、ピン123は、その内部が導体で充填されていてもよく、例えば、導電性ペーストを充填し、それを加熱・焼成した導体としてもよい。

0025

伝送線路122は、図3に示すように、広壁111と略平行である絶縁体124の表面上を、ピン123からGSGパッド125(高周波信号入力端子)まで直線状に延在している。この伝送線路122の幅寸法は、入力インピーダンス整合部として適宜調整することができる。伝送線路122には、絶縁体124上のGSGパッド125に接続された側に、絶縁体124の表面において伝送線路122と直交する方向に延在するように開放スタブ122bが設けられている。開放スタブ122bは、伝送線路122の両側において、それぞれGNDパッド126と所定の離間状態を形成するように設けられている。開放スタブ122bの幅寸法は、伝送線路122の幅の半分程度とされている。また、伝送線路122には、伝送線路122とGSGパッド125とが接続される部分に、伝送線路122よりも幅細となる狭隘部122cが設けられている。

0026

これら伝送線路122、開放スタブ122b、狭隘部122cからなる平面回路は、入力インピーダンス整合部を構成する。ここでは、伝送線路122の幅寸法および長さ寸法、開放スタブ122bの幅寸法および長さ(張り出し)寸法、開放スタブ122bにおけるGNDパッド126との離間形状、狭隘部122cの幅寸法および長さ寸法、導体123Aの長さ寸法等を調整することで位相回転量インダクタンス成分、または、容量成分の大きさを制御し、入力インピーダンス整合を図ることができる。この平面回路は、図示しない半導体素子高周波回路)と接続され、高周波信号を送受することが可能となっている。なお、高周波信号としては、ミリ波を挙げることができるが、伝送信号として伝搬可能な信号であれば、例えばテラヘルツ波サブミリ波)等の更に高い周波数を有する信号であってもよい。

0027

図4は、一実施形態に係るピン123を形成する孔部10の形状を示す断面図である。なお、図4においては、孔部10の先端部11の周辺領域Aの拡大図を併せて図示している。
図4に示すように、ピン123を形成する孔部10は、基板101の一方の主面101aから所定の深さまで形成されている。この孔部10は、膨らんだ先端部11と、基板101の内部に進むに従って細くなる縮径部12と、を有する。

0028

縮径部12は、基板101の一方の主面101aから離れるに従って細くなる。本実施形態の縮径部12は、略逆立ち円錐台形状を有する。先端部11は、縮径部12の最小径よりも大きい直径を有する球状に形成されている。本実施形態の先端部11は、略真円の球形状を有する。先端部11と縮径部12との接続部分には、括れ部13が形成されている。括れ部13は、縮径部12の最小径を規定する。また、基板101の一方の主面101aに開口する縮径部12の開口部14は、縮径部12の最大径を規定する。

0029

先端部11は、括れ部13よりも径方向膨出した膨出部15を有する。この膨出部15は、球面状に形成されている。膨出部15の最大幅を規定するライン(深さ)には、先端部11の中心11aが配置される。先端部11の中心11aは、膨出部15の球面の中心である。先端部11の内壁面下端は、孔部10の先端10aを形成する。孔部10の先端10aは、基板101の一方の主面101aから最も離れた位置に配置される。すなわち、孔部10の先端10aが最も深い位置に配置され、先端部11の中心11a、括れ部13、開口部14の順に浅くなる。

0030

孔部10の形状は、先端部11の直径(幅寸法)をa、縮径部12の最小径(幅寸法)をbとしたときに、1.1≦a/b≦1.3の関係を有することが好ましい。a/bが1.1よりも小さくなると、後述のように、ピン123と基板101の他方の主面101bに形成された広壁112との間における電気的結合が弱くなり、信号の反射損を抑制する効果が薄れるためである。また、a/bが1.3よりも大きくなると、ピン123の成膜不良を起こし易くなる。すなわち、先端部11の直径が大きくなると、ピン123を形成するスパッタやめっきなどが、括れ部13の裏側の膨出部15に付着し難くなるためである。なお、この1.3という数値は、出願人及び発明者のモード変換器100の製造実績裏付けられたものである。

0031

また、孔部10の形状は、孔部10の先端10aから先端部11の中心11aまでの距離をc、先端部11の中心11aから縮径部12の最小径までの距離をdとしたときに、0<d<cの関係を有することが好ましい。d=0であると、括れ部13が形成されない、すなわち、膨らんだ先端部11が形成されないためである。また、dが、c(すなわち先端部11の半径)よりも大きくなると、先端部11と縮径部12とが分離してしまうためである。

0032

また、孔部10の形状は、先端部11の直径をa、孔部10の先端10aから先端部11の中心11aまでの距離をcとしたときに、a≦2cの関係を有することが好ましい。aが、2cよりも大きくなると、先端部11の形状が横長の扁平型となるため、ピン123の成膜不良を起こし易くなる。すなわち、先端部11が横長になると、ピン123を形成するスパッタやめっきなどが、括れ部13の裏側の膨出部15に付着し難くなるためである。

0033

次に、上記構成のモード変換器100の製造方法について、図5図7を参照して説明する。
図5は、一実施形態に係るモード変換器100の製造方法を示す工程図である。図6は、図5に示すモード変換器100の製造方法における孔部形成工程を説明する説明図である。図7は、従来のモード変換器の製造方法における孔部形成工程を説明する説明図である。

0034

先ず、準備工程として、図5(a)に示すように、基材としての基板101を用意する。例えば、基板101は、ウエハ状をした大面積のガラス基板である。
次いで、図5(b)及び図5(c)に示すように、基板101に、ピン123を形成するための孔部10と、導体柱114を形成するための孔部20と、を形成する(孔部形成工程)。

0035

先ず、図5(b)に示すように、基板101にレーザー光Lを照射し、改質部α、改質部βを形成する。改質部αは、ピン123の長さH4に対応する所定の深さまで形成する。改質部βは、複数の導体柱114に対応して基板101を貫通するように形成する。基板101は、例えばパイレックス登録商標)からなるものを利用することができ、レーザー光Lとしては、パルス幅フェムト秒であるフェムト秒レーザーを用い、これを集光照射し、その焦点走査することにより改質部α,βを形成する。改質部α,βの寸法(長さ、太さ)は、レーザー照射の条件(焦点のサイズ、走査距離)により制御することができる。

0036

次に、図5(c)に示すように、改質部α,βをエッチングにより除去する。このエッチングは、容器(不図示)内に入れた所定の薬液中に改質部α,βを形成した基板101を浸漬することにより行う。これにより、改質部αは、基板101の一方の主面101a側から、改質部βは、基板101の両方の主面101a,101bから薬液によりウェットエッチングされ、基板101内から除去される。

0037

その結果、図5(c)に示すように、改質部α及び改質部βが存在していた部分に、孔部10及び孔部20が形成される。本実施形態では、薬液としてフッ酸を主成分とする酸溶液か、または、水酸化カリウムを主成分とする酸溶液を用いることができる。このエッチングは、改質されている部分が改質されていない部分に比べて非常に早くエッチングされる現象を利用するものであり、結果として改質部α,βの形状に起因した孔部10,20を形成することができる。

0038

この孔部形成工程においては、基板101の一方の主面101a側からレーザー光Lを照射することにより基板101に改質部αを形成し、孔部10を形成する。改質部αは、詳細には、図6に示すように、基板101のピン123の長さ寸法H4に対応する所定の深さにおけるピッチが、基板101の一方の主面101a側におけるピッチよりも密になるように形成する(第一工程)。すなわち、改質部αは、基板101の一方の主面101aから所定の深さ近傍までが第1のピッチP1で形成され、その深さから基板101のピン123の長さ寸法H4に対応する所定の深さまでが第1のピッチP1よりも短い第2のピッチP2で形成される。この第2のピッチP2は、基板101の内側に向かうに従って徐々に短くなっている。

0039

レーザー光Lは、パルス幅10ps以下の極短パルスレーザーであり、集光させた焦点Fに改質部αを形成することができる。すなわち、レーザー光Lの焦点Fを走査することで、基板101の改質したい箇所に改質部αを形成することができる。このため、例えば、屈曲分岐など自由度の高い孔部10を形成することも可能である。ここで、改質プロセスの進行に伴い、焦点Fに至るレーザー光Lの少なくとも一部が、先に形成された改質部α、すなわちレーザー光Lの照射によって改質された領域を伝播しないように、レーザー光Lの焦点Fを走査することが好ましい。具体的には、基板101の深い位置(基板101のピン123の長さ寸法H4に対応する所定の深さ)から、基板101の浅い位置(基板101の一方の主面101a)に向かって、レーザー光Lの焦点Fを走査することが好ましい。

0040

一般的に、レーザー光Lによる改質部αは、基板101よりも高屈折率であるが、改質部αとその近傍の屈折率分布は僅かに不均一であるため、改質部αを伝播する光はランダムに反射、屈折する。したがって、基板101の内部においては、レーザー光Lが集光部に伝播するまでに改質部αを伝播することがないため、ビーム径が拡がるのを防止し、ピーク強度が小さくなるのを抑制することができる。また、レーザー光Lの少なくとも一部が改質部αを伝播しないことにより、レーザー光Lの照射によって改質される領域を早く形成することができる。

0041

従来では、図7(a)に示すように、基板101にレーザー光Lを照射して、基板101の一方の主面101aから所定の深さまで一定のピッチ(第1のピッチP1)で改質部αを形成し、この改質部αをエッチングにより除去していた。このため、図7(b)に示すように、基板101の一方の主面101aから離れる(基板内部に進む)に従って細くなる孔部10´が形成されていた。これは、孔部10´を形成するエッチャントが、基板101の一方の主面101aから改質部αを徐々にエッチングしていくことと、当該エッチングが改質部α以外を含め等方的に進むことに由来する。このため、孔部10´は、縮径部12の下部が丸みを帯びた形状に形成され、その先端部11は細くなっている。

0042

一方、本手法では、図6(a)に示すように、基板101の一方の主面101a側からレーザー光Lを照射することにより基板101に改質部αを形成し、該改質部αの基板101の所定の深さにおける第2のピッチP2を、基板101の一方の主面101a側における第1のピッチP1よりも密にしている。このため、改質部αを除去することにより、図6(b)に示すように、先端部11が膨らんだ孔部10を形成することができる(第二工程)。すなわち、基板101の所定深さでは、選択的にエッチングされる改質部αが広く形成されることになり、当該改質部αにおけるエッチングが他の改質部αよりも優先的にエッチングされるため(エッチング速度が速いため)、膨らんだ先端部11を有する孔部10を形成することができる。

0043

図5戻り、次いで、孔部形成工程において形成した孔部10及び孔部20の内部に導電性物質を導入し、ピン123及び導体柱114を形成する。
まず、図5(d)に示すように、シード層121aを基板101の一方の主面101aおよび孔部10,20の内部に形成するとともに、図5(e)に示すように、シード層121bを基板101の他方の主面101bに形成する。シード層121a、121bは、例えば、Cr/Cu、Ti/Cuなどで厚みは10nm〜500nmとされ、スパッタリングで形成することができる。

0044

次いで、図5(f)に示すように、孔部10周囲のシード層121a上にめっきによりレジスト115を形成する。レジスト115は、ガラス基板の一方の主面101aで平面視して円環状をなしており、孔部10およびランド123c部分を除いた開口部111aに対応する領域を覆うよう形成される。レジスト115の内径寸法は、ランド123cの外径寸法)H3を考慮して設定される。レジスト115としては、例えば、液状ネガレジストフィルム状ネガレジスト、液状ポジレジスト、フィルム状ポジレジストを適用することができる。

0045

次いで、図5(g)に示すように、レジスト115を除くシード層121a、121bの表面に、めっき法を用いて銅を積層させ、ピン123、広壁111および112、導体柱114となる層を成長させる。ピン123は、孔部10の内部および孔部10周囲のランド123cとなる基板101の一方の主面101aに形成され、広壁111は、基板101の一方の主面101aの開口部111a外側、導体柱114は孔部20の内部に形成される。
さらに、基板101の他方の主面101bに形成されたシード層121bに広壁112を形成する。

0046

銅めっきの厚みは、少なくともミリ波帯の高周波信号が流れるときに電流密度が高くなる表皮深さよりも厚いことが望ましい。例えば、60GHzの高周波信号では、信号電流の表皮深さが270nmなので、2μm程度とすれば十分である。
なお、銅めっき法で形成されたピン123、導体柱114は、孔部10,20の内壁面を導体で覆い、且つ、孔部10,20の中心軸には導体が配されていない形態となる。あるいは、孔部10,20の内部を完全に充填してもよい。

0047

次いで、図5(h)に示すように、レジスト115を剥離する。さらに、残存するシード層121aエッチングを行う。これにより広壁111、ランド123c、開口部111aを形成する。

0048

次いで、図5(j)に示すように、広壁111上およびランド123cの外周部123d上に絶縁体124を形成する。絶縁体124は、ピン123となる孔部10部分とその周囲のランド123cの中央側の円環部123eとなる部分、および、伝送線路(平面回路)122終端部のGNDビア127となる部分に除去された開口部124a、124bを形成する。
孔部10周辺の開口部124aは、その外径寸法H2となるように設定され、これによって、図2に示すように、ランド123cに接続される部分の導体122aの外径寸法H2を設定する。

0049

絶縁体124は、例えば、液状の感光性樹脂スピンコート法で広壁111および開口部111a部分に塗布する。次いで、フォトリソグラフィー法により孔部10周辺の開口部124aと、GNDビア127となる開口部124bとを除去し、絶縁体124を形成する。次いで、残存した感光性樹脂を熱処理することで硬化する。
なお、開口部124aにおいて円環部123e上に除去しきれなかった感光性樹脂が残る場合、これらの除去にはCF4ガスやO2ガスによるRIE(Reactive Ion Etching)プロセスの実施が大変有効である。

0050

次いで、伝送線路122を形成する。図5(k)に示すように、シード層128を絶縁体124の表面と、ランド123cの円環部123e及び孔部10の内部と、開口部124b内部とに形成する。シード層128は、シード層121a、121bと同じく、例えばCr/Cu、Ti/Cuなどで厚みは10nm〜500nmとされ、スパッタリングで形成することができる。

0051

次いで、伝送線路形成工程の前工程であるレジスト形成工程として、図5(m)に示すように、伝送線路122となる部分以外のシード層128上にめっきによりレジスト129を形成する。レジスト129は、伝送線路122となる部分およびGSGパッド125、GNDパッド126、GNDビア127となる部分を除いた領域を覆うよう形成される。レジスト129の材料は、レジスト115と同等のものでよい。

0052

次いで、伝送線路形成工程として、図5(n)に示すように、レジスト129を除くシード層128の表面に、銅めっきをおこない、伝送線路122となる層を成長させる。同時に、銅めっきの厚みは、少なくともミリ波帯の高周波信号が流れるときに電流密度が高くなる表皮深さよりも厚いことが望ましい。例えば、60GHzの高周波信号では、信号電流の表皮深さが270nmなので、2μm程度とすれば十分である。

0053

次いで、図5(p)に示すように、レジスト129の剥離とシード層128のエッチングをおこなう。これによりマイクロストリップラインとなる伝送線路122が形成される。

0054

このような工程によって、ピン123を有するモード変換器100を基板101に形成することができる。

0055

続いて、上記構成のモード変換器100の信号反射損の抑制効果について、図8及び図9を参照して説明する。
図8は、一実施形態に係るモード変換器100の信号反射のシミュレーションモデルを示す図である。図9は、図8に示すシミュレーションモデルを用いて信号反射のシミュレーション結果を示すグラフである。

0056

図8に示すように、このシミュレーションでは、3つのモデルを用いた。一つは、比較例としての従来構造の孔部10´であり、他の二つは、本発明の実施例1としての孔部10Aと本発明の実施例2としての孔部10Bである。孔部10´は、先端部11が膨らんでないモデルである。また、孔部10A及び孔部10Bは、先端部11が膨らんでいるモデルである。孔部10Aと孔部10Bとの違いは、aの寸法が孔部10Aよりも孔部10Bの方が大きい点である。その他の反射特性に影響を与える条件は、孔部10´,10A,10Bで共通である。具体的なシミュレーション条件は、基板101の全高Hは536μmとし、孔部10´,10A,10Bの長さ寸法H4は445μmとし、孔部10´,10A,10Bの開口部14の外径寸法H1は100μmとした。ここで、孔部10´のaは、70μm(すなわちa=b)とした。孔部10A,10Bのa、b、c、d、a/bの各値は、下記表1に示す。

0057

0058

表1に示すように、実施例1である孔部10Aでは、aが80μmであり、bが71.3μmであるため、a/bが1.12となり、上述した1.1≦a/b≦1.3の関係を満たす。また、実施例1である孔部10Aでは、cが40μmであり、dが21.1μmであるため、上述した0<d<cの関係を満たす。また、実施例1である孔部10Aでは、aが80μmであり、cが40μmであるため、上述したa≦2cの関係を満たす。

0059

また、実施例2である孔部10Bでは、aが90μmであり、bが74.1μmであるため、a/bが1.22となり、上述した1.1≦a/b≦1.3の関係を満たす。また、実施例2である孔部10Bでは、cが45μmであり、dが28.4μmであるため、上述した0<d<cの関係を満たす。また、実施例2である孔部10Bでは、aが90μmであり、cが45μmであるため、上述したa≦2cの関係を満たす。

0060

図9は、横軸に周波数、縦軸反射係数を表したグラフであり、下に凸である程信号の反射損が小さいことを示している。この図9に示すシミュレーション結果から明らかなように、信号の反射損に関して、膨らんだ先端部11を有する孔部10A,10Bは、従来構造の孔部10´に対して優位性があることが確認された。具体的に、このシミュレーション結果では、70〜75GHzのEバンド帯において極めて高い反射損抑制効果があることが確認された。すなわち、本実施形態では、孔部10の先端部11を膨らませているため、孔部10に形成されるピン123の先端部の直径を太らせて設計値に近付けることができたため、ピン123と基板101の他方の主面101bに形成された広壁112との間における電気的結合を強め、信号の反射を抑制できたものと考えられる。

0061

このように、上述の本実施形態によれば、基板101と、基板101の一方の主面101a及び他方の主面101bに形成された接地導体からなる広壁111,112と、基板101を貫通して形成されて広壁111,112同士を接続する導体からなる狭壁110B及びショート壁110Aと、から形成された導波路110と、基板101の一方の主面101aから所定の深さまで形成された孔部10の内部に設けられた導体からなるピン123と、基板101の一方の主面101a側に形成されてピン123に接続された伝送線路122と、を備え、孔部10は、膨らんだ先端部11を有する、という構成を採用することによって、反射損を抑制した信号伝送を実現することができるモード変換器100が得られる。

0062

以上、本発明の好ましい実施形態を記載し説明してきたが、これらは本発明の例示的なものであり、限定するものとして考慮されるべきではないことを理解すべきである。追加、省略、置換、およびその他の変更は、本発明の範囲から逸脱することなく行うことができる。従って、本発明は、前述の説明によって限定されていると見なされるべきではなく、特許請求の範囲によって制限されている。

0063

例えば、本発明は、以下のような変形例を採用し得る。なお、以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

0064

図10及び図11は、一実施形態に係る孔部10の形状の一変形例を示す断面図である。
図10に示す孔部10は、略楕円の球形状に膨らんだ先端部11Aを有する。先端部11Aは、楕円長軸が基板101の厚み方向に沿って設定され、楕円の短軸が基板101の幅方向に沿って設定された縦長の楕円形状を有する。この先端部11Aは、例えば、図6(a)に示す第2のピッチP2の間隔を少し広げることで形成することができる。
一方、図11に示す孔部10は、縮径部12の軸心に対して偏心した略真円の球形状の先端部11Bを有する。先端部11Bは、孔部10の片側にのみ膨出部15を形成している。この先端部11Bは、例えば、レーザー光Lの焦点Fを、基板101の深さ方向だけでなく幅方向にも走査することで形成することができる。
図10及び図11に示す構成であっても、孔部10に形成されるピン123の先端部の直径を太らせ、設計値に近付けることができるため、信号の反射損を低減することができる。なお、先端部11の形状は、球状に限らず、例えば、立方体直方体、その他の多角形の立体や、球体や多角形の立体が歪んだ異形の立体であっても良い。なお、これら変形例であっても、1.1≦a/b≦1.3の関係、0<d<cの関係、及びa≦2cの関係を満たすことが好ましい。

0065

また、上記実施形態では、レーザー光Lを照射することにより改質部αを形成し、改質部αを除去することにより孔部10を形成したが、例えば、機械加工により孔部10を形成してもよく、また。機械加工とレーザ改質エッチングを組み合わせて孔部10を形成してもよい。

0066

また、例えば、伝送線路122は、マイクロストリップ線路(MSL:Micro-Strip Line)や、コプレーナ線路(CPW:CoPlanar Waveguide)、ストリップ線路等により構成されていてもよい。なお、上記実施形態では、伝送線路122としてMSLが形成されているが、CPW等の他のTEM線路であってもよい。

0067

また、例えば、上記実施形態では、狭壁110B及びショート壁110Aが導体柱114である構成について例示したが、この構成に限定されるものではなく、例えば、スリット状に形成されていてもよい。この形態としては、上述した特許文献1の図10及び図11に示すような形態を採用することができる。

0068

10…孔部、10a…先端、10A…孔部、10B…孔部、11…先端部、11a…中心、11A…先端部、11B…先端部、12…縮径部、100…モード変換器、101…基板、101a…一方の主面、101b…他方の主面、110…導波路、110A…ショート壁、110B…狭壁、111…広壁、112…広壁、122…伝送線路(平面回路)、123…ピン、L…レーザー光、α…改質部

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

関連する公募課題一覧

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ