(57)【要約】【課題】  スルーホール部とアンテナ開口部とを有する導波管スロットアンテナ基板においてアンテナ開口部の寸法精度が高いスロットアンテナ基板の製造方法を提供する。【解決手段】  銅張基板１の銅箔２膜厚を減少させるハーフエッチング工程と、銅箔２の所望領域に貫通穴部４ａを設ける穴あけ工程と、銅張基板１を溶液に浸し銅箔２と前記貫通穴部４ａの内壁面とを導電化する無電解めっき工程と、所望領域以外の領域に周囲が銅箔２で囲まれたアンテナ開口部３を形成する写真製版工程と、アンテナ開口部３と離間した所望領域以外の領域に周囲が銅箔２で囲まれた導波管変換部５ａを形成する導波管接続パターン形成工程と、形成されたアンテナ開口部３の寸法を測定する検査工程と、貫通穴部４ａの内壁面に積層すると共に前記アンテナ開口部の外周に積層する金属層８を形成する電解めっき工程とを備えるようにした。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅張基板の銅箔をエッチングし、この銅箔の膜厚を減少させるハーフエッチング工程と、前記銅箔の所望領域に貫通穴部を設ける穴あけ工程と、前記銅張基板を溶液に浸し前記銅箔と前記貫通穴部の内壁面とを導電化する無電解めっき工程と、前記所望領域以外の領域に周囲が銅箔で囲まれたアンテナ開口部をエッチングにより形成する写真製版工程と、前記アンテナ開口部と離間した前記所望領域以外の領域に周囲が銅箔で囲まれた導波管変換部をエッチングにより形成する導波管接続パターン形成工程と、形成された前記アンテナ開口部の寸法を測定する検査工程と、前記貫通穴部の内壁面に積層すると共に前記アンテナ開口部の外周に積層する金属層を形成する電解めっき工程とを備え、予め算出された前記金属層の塗布量と前記アンテナ開口部の側面付着量との情報から前記電解めっき工程で溶液の濃度、めっきエネルギー、若しくは浸漬時間を制御して前記アンテナ開口部の開口面積を縮め所定の寸法にする前記導波管スロットアンテナ基板の製造方法。
【請求項２】
前記貫通穴部は、前記導波管変換部から前記アンテナ開口部までの両側に沿って設けられ、前記貫通穴部を障壁として前記銅張基板の内部を伝播する高周波電力の伝送路を構成する請求項１に記載の導波管スロットアンテナ基板の製造方法。
【請求項３】
前記アンテナ開口部はアレイ状に設置された請求項１又は２に記載の導波管スロットアンテナ基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はミリ波などの高周波帯域で用いる導波管スロットアンテナの開口部を高精度で形成しアンテナ特性を向上させる導波管スロットアンテナ基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特開２００２−３４４１１７号公報図１（特許文献１参照）には、プリント配線板において、目的とする設計値の幅および厚みをもつ銅配線パターンを容易に形成する方法として厚み１２μｍ以下の銅箔をサブトラクティブ法でパターニングした後、電解銅めっき法でパターン上に銅めっきする微細パターンの形成法が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３４４１１７号公報（第１図  段落「００１７」）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載のものは、銅箔２の膜厚の薄いものを使用するので高い寸法精度のパターンを形成することは可能であるものの、通常、銅張積層板は、銅箔と基材とをアンカー効果によって強固に接着させており、薄い銅箔を用いると、接着面を平滑にする必要があり、表面積が減少するため、ピール強度の低下が生じる。すなわち、銅箔２と基材１とのピール強度が低下するとエッチング時には溶液などの作用でさらにピール強度が低下する場合があり、後工程の基板ベーキング時やリフロー時に銅箔の膨れやファインパターンの剥がれが生じるという課題があった。また、特許文献１では、アンテナ開口部とスルーホール部との関係については言及されていない。
【０００５】
この発明は上記のような課題を解消するためになされたものであり、スルーホール部とアンテナ開口部とを有する導波管スロットアンテナ基板において、アンテナ開口部の寸法精度が高い導波管スロットアンテナ基板の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に係る発明の導波管スロットアンテナ基板の製造方法は、銅張基板の銅箔をエッチングし、この銅箔の膜厚を減少させるハーフエッチング工程と、前記銅箔の所望領域に貫通穴部を設ける穴あけ工程と、前記銅張基板を溶液に浸し前記銅箔と前記貫通穴部の内壁面とを導電化する無電解めっき工程と、前記所望領域以外の領域に周囲が銅箔で囲まれたアンテナ開口部をエッチングにより形成する写真製版工程と、前記アンテナ開口部と離間した前記所望領域以外の領域に周囲が銅箔で囲まれた導波管変換部をエッチングにより形成する導波管接続パターン形成工程と、形成された前記アンテナ開口部の寸法を測定する検査工程と、前記貫通穴部の内壁面に積層すると共に前記アンテナ開口部の外周に積層する金属層を形成する電解めっき工程とを備え、予め算出された前記金属層の塗布量と前記アンテナ開口部の側面付着量との情報から前記電解めっき工程で溶液の濃度、めっきエネルギー、若しくは浸漬時間を制御して前記アンテナ開口部の開口面積を縮め所定の寸法にするものである。
【０００７】
請求項２に係る発明の導波管スロットアンテナ基板の製造方法は、前記貫通穴部は、前記導波管変換部から前記アンテナ開口部までの両側に沿って設けられ、前記貫通穴部を障壁として前記銅張基板の内部を伝播する高周波電力の伝送路を構成する請求項１に記載のものである。
【０００８】
請求項３に係る発明の導波管スロットアンテナ基板の製造方法は、前記アンテナ開口部はアレイ状に設置された請求項１又は２に記載のものである。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、写真製版工程で形成されたアンテナ開口部のパターン寸法を測定してから電解めっき工程でアンテナ開口部の外周側面付着量を調整するのでアンテナ開口部の側面付着量の寸法を正確に制御することで高周波電力のアンテナ利得の損失や有効通過帯域幅の通過損失のずれを軽減する効果がある。
【００１０】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の効果に加えて導波管変換部からアンテナ開口部までの銅張基板の誘電体内部を伝播する高周波電力の伝送路を両側に沿って設けた障壁として貫通穴部を設けているので、伝送経路における高周波電力の漏れを防止でき伝送損失の少ない導波管スロットアンテナ基板を得る効果がある。
【００１１】
請求項３に記載の発明によれば、アレイ状に複数のアンテナ開口部を設置したのでアンテナ開口部の有効面積領域が拡張され、スロットアンテナとしての送受信領域が広まり、広範囲の送受信が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１による導波管スロットアンテナ基板について図１を用いて説明する。図１は、実施の形態１による導波管スロットアンテナ基板の斜視図である。図１において、１は基材の両面に銅箔を形成した銅張基板（銅張積層板）、１ａは銅張基板１の基材となる誘電体、２は銅張基板１の表面銅箔であり、誘電体１ａの両側に銅箔２ａ、２ｂを有する。３はミリ波帯域などの高周波電力を外部に送信又は外部電波を受信する機能を有するアンテナ開口部（開口部パターン）、４は銅張基板１の表裏を電気接続するスルーホール部である。５は銅張基板１と接続される導波管、５ａは導波管５と銅張基板１との接続部（導波管変換部）であり、銅箔２ｂのパターンの一部を剥ぎ取って導波管５の端部と接続(変換)する構成としている。
【００１３】
図２は、図１に示した導波管スロットアンテナ基板表面の平面図であり、接続部５ａから導波管５の高周波電力は、スルーホール部４を障壁として銅張基板１の内部を分波されてアンテナ開口部３側に伝送される。すなわち、スルーホール部４と表面銅箔２により誘電体導波管を形成しており、複数のアンテナ開口部３に高周波電力は伝播する。図中、図１と同一符号は、同一又は相当部分を示す。
【００１４】
図３は、図２に示した導波管スロットアンテナ基板のＡ−Ａ断面図であり、銅箔２ａには周囲の銅箔を除去されたアンテナ開口部３が設置される。銅箔２ｂには周囲の銅箔が除去された導波管変換部５ａが設置される。６は導波管５と銅張基板１とを固定する半田材又は導電性の接着剤で構成した接続手段である。なお、銅張基板１内部を伝播する高周波電力は双方向性がある。図中、図１と同一符号は、同一又は相当部分を示す。
【００１５】
次に動作について説明する。図１において、導波管５から伝送されてきた高周波電力（信号）は、導波管変換部５ａで誘電体（導波管）内に取り込まれ、地導体となる表面銅箔２とスルーホール部４とで囲まれた誘電体１ａの内部をアンテナ開口部３に向かって伝播する。アンテナ開口部３はアレイ状に構成され、所定の電気波長の長さで長溝形状としている。また、スルーホール部４は、短絡地導体となる銅箔２ａと地導体となる銅箔２ｂとを電気接続するほか、アンテナ開口部３や導波管５とのインピーダンス調整機能の役目も果たす。
【００１６】
図４は、図１に示した導波管スロットアンテナ基板表面の部分拡大平面パターン図であり、アンテナ開口部３は、所定の設計中心周波数（ｆｃ）に対して寸法幅（Ｗ）が０．２ｍｍ、寸法長さ（Ｌ）が１．７ｍｍであるのに対応して銅箔２ａの幅は０．２４ｍｍ（Ｗ）Ｘ１．７４ｍｍ（Ｌ）となっている。図中、図１と同一符号は、同一又は相当部分を示す。
【００１７】
次に、この発明の実施の形態１による導波管スロットアンテナ基板の製造方法について図５を用いて説明する。図５において、４ａはスルーホール部４形成前の貫通穴部、７は銅めっき層（無電解めっき層）、８は金属層（電解めっき層）、２１ａ及び２１ｂは表面銅箔（銅箔）２ａ、２ｂがハーフエッチングにより薄膜化された銅箔を示す。
【００１８】
図５（ａ）は銅張積層板（銅張基板）１を表しており、誘電体１ａはＢＴレジン又は汎用のＦＲ−４材料を用いた汎用基材が適当である。表面銅箔２は圧延銅又は電解銅を用いた汎用銅箔が適当であり、２ａは誘電体１ａの一方の表面側に形成した導箔、２ｂは誘電体１ａの他方の表面側に形成した導箔とする。導箔２は両面にそれぞれ１８μｍ（１／２オンス銅箔）の厚みを有する。銅張積層板１は、銅箔２と基材１ａとの接着面をアンカー効果（くい込み）によって強固に接着されている。本実施の形態１では、両面銅張基板を用いて説明しているが、多層のプリプレグを用いた誘電体１ａであっても良い。
【００１９】
図５（ｂ）はハーフエッチング工程を示しており、図４（ａ）の銅張積層板１をエッチング液を用いて表面銅箔２をハーフエッチングすることで厚さ５〜６μｍの銅箔２１ａ、２１ｂを得る。ハーフエッチングは本実施の形態１では銅箔２ａ、２ｂの両方を薄膜化したがアンテナ開口部３が一方の面にある場合には銅箔２ａのみを薄膜化しても良い。
【００２０】
図５（ｃ）は、スルーホール部４を形成する穴あけ工程を示しており、等間隔で所望領域にＮＣ（数値制御）で銅張積層板１の表裏を貫通させる貫通穴４ａをドリルで形成する。
【００２１】
図５（ｄ）は、無電解めっき工程を示しており、化学銅をめっき液とした槽に５〜１０分程度銅張積層板１を浸漬し、主として貫通穴（貫通穴部）４ａの内壁面に銅めっき層７を施し、誘電体１ａの表裏銅箔２の導通を確保する。銅めっき層７は本実施の形態１では、銅材を使用したがニッケル（Ｎｉ）材を使用した無電解ニッケルめっきであっても同等の役目を果たす。また、無電解めっき工程は、貫通穴部４ａの導通が目的であるので表面銅箔２の貫通穴部４ａを除く領域はマスクなどを行って表面にめっき材が付着しないようにしても良い。なお、貫通穴（貫通穴部）４ａにめっきが施されたものをスルーホール穴部４と呼ぶ。
【００２２】
図５（ｅ）は、写真製版工程を示しており、感光性フォトレジスト（図示せず）を用いて露光・現像後、エッチングし、サイズが０．２４ｍｍ（Ｗ）Ｘ１．７４ｍｍ（Ｌ）の所定のアンテナ開口部３を形成する。したがってアンテナ開口部３は周囲が銅箔２で覆われた（囲まれた）抜きパターンとなる。同様にアンテナ開口部３から離間した導波管変換部５ａも表面銅箔２を一部剥ぎ取って抜きパターンを形成する。導波管変換部５の形成工程（導波管接続パターン形成工程）は、銅張積層板１の一部パターンを導波管５の形状に合わせて剥ぎ取るだけなのでエッチングにより前工程で予め形成しておいても良い。また、送受信領域の妨げにならない場合には、導波管変換部５は表面銅箔２ａ側に設置しても良い。
【００２３】
図５（ｆ）は、電解めっき工程を示しており、電解銅めっき液槽に銅張積層板１を浸漬し、主としてアンテナ開口部３周辺に金属層８を銅めっきすることでアンテナ開口部３の側面（厚み方向）も銅めっきされる。同時に貫通穴部４ａの内壁面の導通の強化も図る。導通強化された貫通穴部４ａをスルーホール穴部４と呼ぶ。
【００２４】
なお、本実施の形態１では、金属層８は銅材を使用したが電解金などの金（Ａｕ）材を使用した電解金めっきであっても同等の役目を果たす。
【００２５】
電解めっき工程におけるめっき厚は機器の使用環境に対するスルーホールの信頼性と基板厚等により設定され、１０μｍ〜３０μｍが望ましい。本実施の形態１ではスルーホール穴部４のめっき厚を２０μｍ程度としているので電解めっき前工程におけるアンテナ開口部の寸法は設計寸法より幅・長さとも大きい表面形状としている。すなわち、幅・長さで決まる外周より大きい寸法としている。図５中、図１と同一符号は、同一又は相当部分を示す。
【００２６】
図６は、銅張積層板１に設置されるアンテナ開口部３の寸法を図４のＢ−Ｂ断面を参考にして説明する図である。銅箔２ａには無電解めっき層７が付着するが、写真製版工程でアンテナ開口部３のめっき層はエッチングされる。したがって、感光性フォトレジストサイズで定められた開口部パターン３寸法（Ｗ）が形成され０．２４ｍｍとなる。同様に開口部パターン３寸法（Ｌ）は１．７４ｍｍとなる。
【００２７】
以上のことから、本実施の形態１では、電解めっき工程でめっき後の開口部パターン３寸法（Ｗ）を正確に０．２０ｍｍとし、開口部パターン３寸法（Ｌ）を正確に１．７０ｍｍとするため開口部パターン３外周側面に付着する金属層８の側面付着量を制御する。
【００２８】
図７は、導波管スロットアンテナ基板のアンテナ開口部３の寸法が変化した場合のアンテナ利得に関する周波数特性を説明する図である。ｆｈは通過帯域上限周波数、ｆｌは通過帯域下限周波数、ｆｃは通過帯域中心周波数とし、アンテナ開口部３のパターンサイズが１．７ｍｍ（Ｌ）Ｘ０．２ｍｍ（Ｗ）が最適値とした場合、伝送損失（利得損失）は、所定の通過帯域に対して１５μｍの寸法偏差で約０．５ｄＢ程度、３０μｍの寸法偏差では１．５ｄＢ程度となり、アンテナ開口部３のパターン精度がアンテナ利得損失に大きな影響を及ぼすことが解かる。また所定の通過帯域幅（ｆｌ〜ｆｈ）に対する利得損失にもずれが発生する。
【００２９】
図８は、アンテナ開口部３の側面に付着する電解銅の付着時間（浸漬時間）と付着量（付着幅）との関係を示す図である。図８では、電解銅の溶液濃度（Ａ＞Ｂ）、めっき電流（Ａ＞Ｂ）、浸漬時間により、３０μｍ程度の側面付着量の変化があることが解かる。この付着量の変化を情報として電解めっき工程で、最適な付着量を塗布する。すなわち、アンテナ開口部３のパターンサイズが１．７０ｍｍ（Ｌ）Ｘ０．２ｍｍ（Ｗ）を最適値とした場合、写真製版工程５（ｅ）後にアンテナ開口部３の外周部寸法を測定（検査）する。そして最適値と測定したそれぞれのアンテナ開口部３寸法の平均値との差分を求めてから電解めっき工程５（ｆ）で、差分に相当する溶液濃度、電解めっきエネルギー（めっき電圧、めっき電流、めっきパルスデュティなど）、若しくは浸漬時間を制御する。
【００３０】
すなわち、写真製版工程で形成されたアンテナ開口部３のパターン寸法を測定してから電解めっき工程でアンテナ開口部３の外周側面付着量を制御し、アンテナ開口部３の開口面積を縮め所定の寸法に調整する。
【００３１】
以上から予め算出された金属層８の塗布量と開口パターン部３の側面付着量との関係（情報）から電解めっき工程で溶液の濃度や浸漬時間を制御して金属層８で囲まれたアンテナ開口部３寸法を最適値に調整するので開口部パターン３の側面付着量の寸法を高精度に制御することが可能となり、アンテナ利得の損失や側面付着量のばらつきにより帯域周波数における中心周波数からの通過損失のずれがあっても仕様で定められた有効通過帯域幅の通過損失のずれを軽減する効果がある。
【００３２】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２による導波管スロットアンテナ基板について図９を用いて説明する。図９は、実施の形態２による導波管スロットアンテナ基板の断面図である。図９において、１１は銅張積層板１を介して両面に貼り付けられた誘電体（補強板）であり、アンテナ開口部３や導波管変換部５ａの設置領域を除き銅張積層板１を覆う構造としている。図９中、図３と同一符号は、同一又は相当部分を示す。
【００３３】
次に動作について説明する。表面銅箔２により誘電体導波管を形成している点については実施の形態１と同様である。図９において導波管５から伝送されてきた高周波電力は、導波管変換部５ａで誘電体導波管内に取り込まれ、地導体となる表面銅箔２とスルーホール部４とで囲まれた誘電体１ａの内部をアンテナ開口部３に向かって伝播する。アンテナ開口部３はアレイ状に構成され、所定の電気波長の長さで長溝形状としている。
【００３４】
また、スルーホール部４は、短絡地導体となる表面銅箔２ａと地導体となる表面銅箔２ｂとを電気接続する。また、誘電体導波管の伝送線路に沿って伝送線路を挟むように誘電体などの補強板１１を貼り付けることにより、銅箔２ａ、２ｂなどの地導体による伝送線路の機械的強度を強化する構成としている。なお、誘電体に代えて金属板（補強板）を貼り付けることにより、表面銅箔２の地導体を含む伝送線路の電気性能の強化を図っても良く、誘電体や金属板表面に電磁遮蔽塗料や耐湿防止塗料を塗布しても良い。
【００３５】
以上から実施の形態２による導波管スロットアンテナ基板によれば表面銅箔２により誘電体導波管を形成している伝送線路に補強板１１を貼り付けさらに補強板１１の表面に電磁遮蔽塗料や防湿塗料を施すことにより誘電体導波管の伝送線路の機械的強度を強化するとともに環境条件の変化があっても導波管スロットアンテナ基板の性能を安定に維持する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】この発明の実施の形態１による導波管スロットアンテナ基板の斜視図である。
【図２】この発明の実施の形態１による導波管スロットアンテナ基板表面の平面図である。
【図３】この発明の実施の形態１による図２に示した導波管スロットアンテナ基板の断面図である。
【図４】この発明の実施の形態１による導波管スロットアンテナ基板表面の部分拡大平面パターン図である。
【図５】この発明の実施の形態１による導波管スロットアンテナ基板の製造方法を説明する図である。
【図６】この発明の実施の形態１による導波管スロットアンテナ基板の銅張基板に設置されるアンテナ開口部の寸法を説明する図である。
【図７】この発明の実施の形態１による導波管スロットアンテナ基板のアンテナ開口部の寸法が変化した場合のアンテナ利得に関する周波数特性を説明する図である。
【図８】この発明の実施の形態１による導波管スロットアンテナ基板のアンテナ開口部の側面に付着する電解銅の付着時間と付着量との関係を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態２による導波管スロットアンテナ基板の断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１・・銅張積層板（銅張基板）  １ａ・・誘電体(基材)  ２・・銅箔（表面銅箔）
２ａ・・一方の表面銅箔（銅箔）  ２ｂ・・他方の表面銅箔（銅箔）
３・・アンテナ開口部（開口部パターン）  ４・・スルーホール部
４ａ・・貫通穴部（貫通穴）  ５・・導波管  ５ａ・・導波管変換部（接続部）
６・・接続手段
７・・銅めっき層（無電解めっき層）  ８・・金属層(電解めっき層)
１１・・補強板  ２１・・薄膜化された表面銅箔  ２１ａ・・銅箔  ２１ｂ・・銅箔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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