(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板の表面あるいは内部に、周波数１ＧＨｚ以上の高周波信号が伝送可能なマイクロストリップラインとグランド層からなる配線層を配設してなる高周波用配線基板において、前記絶縁基板が、金属元素としてＢ、Ｓｉからなる複合酸化物であって、各金属元素酸化物による重量比組成式をｘＢ２Ｏ３・ｙＳｉＯ２と表した時、前記ｘ、ｙが０．１≦ｘ≦２０、８０≦ｙ≦９９．９、ｘ＋ｙ＝１００を満足するとともに、１０ＧＨｚでのＱ値が２０００以上であり、前記配線層の２０ＧＨｚでの伝送損失が１５ｄＢ／ｍ以下であることを特徴とする高周波用配線基板。
【請求項２】
絶縁基板が、金属元素としてＢ、Ｓｉからなる複合酸化物であって、各金属元素酸化物による重量比組成式をｘＢ２Ｏ３・ｙＳｉＯ２と表した時、前記ｘ、ｙが０．１≦ｘ≦２０、８０≦ｙ≦９９．９、ｘ＋ｙ＝１００を満足する主成分と、該主成分１００重量部に対して周期律表第４ａ族元素のうち少なくとも１種を酸化物換算で０．１重量部以上、もしくは希土類元素のうち少なくとも１種を酸化物換算で０．１重量部以上含有することを特徴とする請求項１記載の高周波用配線基板。
【請求項３】
主成分１００重量部に対して周期律表第４ａ族元素のうち少なくとも１種を酸化物換算で０．１〜１０重量部、もしくは希土類元素のうち少なくとも１種を酸化物換算で０．１〜１５重量部含有することを特徴とする請求項２記載の高周波用配線基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロストリップラインとグランド層からなる配線層を配設してなる高周波用配線基板に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
マイクロ波、ミリ波等の高周波で用いられる高周波回路においては、基板には比誘電率が低く誘電損失（ｔａｎδ）が小さい（Ｑ値が大きい）材料を使用する必要がある。このため、従来、誘電体の材料としては主として比誘電率が約１０、測定周波数１０ＧＨｚでのＱ値が２００００以上のアルミナ磁器が採用されていた（例えば、特開昭６２−１０３９０４号公報等参照）。
【０００３】
一方、比誘電率が低い材料としては、従来、コージェライトが知られているが、焼成温度範囲が極めて狭いことから緻密な焼結体が得難いため、ガラス材を添加することによって、比誘電率が４〜６、測定周波数１０ＧＨｚでのＱ値が１０００程度のガラスセラミックスを作製し、これを用いることが知られている（例えば、特開昭６１−２３４１２８号公報等参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、低誘電率材料として用いられているガラスセラミックス等の磁器は比誘電率が４〜６と小さいが、Ｑ値が１０ＧＨｚで１０００程度であり、近年における高周波数帯の誘電体共振器の普及にともない、より高いＱ値の低誘電率材料が求められていた。
【０００５】
一方、アルミナ磁器は１０ＧＨｚでのＱ値が２００００以上と高いが、比誘電率が約１０と比較的高いため、例えば、図１に示すような高インピーダンスのマイクロストリップラインを形成しようとすると、ライン幅が小さくなりすぎて断線が生じたり、相対的なライン幅のばらつきが大きくなりマイクロ波集積回路の不良率が増大するという問題があった。またライン間が狭くなることによりクロストークが発生するという問題があった。
【０００６】
他方、この種の磁器基板におけるマイクロストリップラインのインピーダンスは、基板の厚さが一定であれば、その比誘電率及びマイクロストリップラインの幅にそれぞれ反比例するため、ライン幅を小さくする代わりに、比誘電率の低い基板材料を使用することによってもインピーダンスを高めることができ、このため、より低誘電率材料が求められていた。さらに、マイクロ波からミリ波へと伝送周波数がより高周波化した場合、Ｑ値が低いと急激に伝送損失が大きくなることから、より低損失材料が求められていた。
【０００７】
本発明は、絶縁基板材料として、低誘電率で、かつ高Ｑ値の焼結体を用いることにより、高周波伝送特性を向上できる高周波用配線基板を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の高周波用配線基板は、絶縁基板の表面あるいは内部に、周波数１ＧＨｚ以上の高周波信号が伝送可能なマイクロストリップラインとグランド層からなる配線層を配設してなる高周波用配線基板において、前記絶縁基板が、金属元素としてＢ、Ｓｉからなる複合酸化物であって、各金属元素酸化物による重量比組成式をｘＢ２Ｏ３・ｙＳｉＯ２と表した時、前記ｘ、ｙが０．１≦ｘ≦２０、８０≦ｙ≦９９．９、ｘ＋ｙ＝１００を満足するとともに、１０ＧＨｚでのＱ値が２０００以上であり、前記配線層の２０ＧＨｚでの伝送損失が１５ｄＢ／ｍ以下であることを特徴とする。
【０００９】
また、高周波用配線基板の絶縁基板が、金属元素としてＢ、Ｓｉからなる複合酸化物であって、各金属元素酸化物による重量比組成式をｘＢ２Ｏ３・ｙＳｉＯ２と表した時、前記ｘ、ｙが０．１≦ｘ≦２０、８０≦ｙ≦９９．９、ｘ＋ｙ＝１００を満足する主成分と、該主成分１００重量部に対して周期律表第４ａ族元素のうち少なくとも１種を酸化物換算で０．１重量部以上、もしくは希土類元素のうち少なくとも１種を酸化物換算で０．１重量部以上含有することが望ましい。ここで、主成分１００重量部に対して周期律表第４ａ族元素のうち少なくとも１種を酸化物換算で０．１〜１０重量部、もしくは希土類元素のうち少なくとも１種を酸化物換算で０．１〜１５重量部含有することが望ましい。
【００１１】
【作用】
本発明の高周波用配線基板では、絶縁基板が、比誘電率が５未満、１０ＧＨｚにおけるＱ値が２０００以上の特性を得ることができ、また、このような低誘電率、高Ｑ値の誘電体磁器を絶縁基板として用いることにより、高周波伝送特性を向上できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の高周波用配線基板は、絶縁基板の表面あるいは内部に、周波数１ＧＨｚ以上の高周波信号が伝送可能な配線層を配設してなるもので、例えば、図１に示すように、絶縁基板１の表面に配線層２、３を形成して構成されている。即ち、絶縁基板１の下面に全面電極（グランド）２を、上面にマイクロストリップライン３を形成して構成されている。全面電極（グランド）２とマイクロストリップライン３とから配線層が構成される。この配線層には、高周波信号として、１ＧＨｚ以上、特には２０ＧＨｚ以上、さらには５０ＧＨｚ以上の高周波信号が伝送される。
【００１３】
図１では、絶縁基板１の表面にマイクロストリップ線路を形成した例について説明したが、例えば、ストリップ線路、コプレーナ線路、誘電体導波管線路を形成しても良い。これらの配線層は、絶縁基板と同時焼成により形成されることが望ましい。また、このような高周波用配線基板は、マイクロ波、ミリ波用等の高周波で用いられるパッケージ、誘電体共振器、ＬＣフィルター、コンデンサ、誘電体導波路、誘電体アンテナ等に用いることができる。
【００１４】
そして、本発明の高周波用配線基板では、絶縁基板１が、金属元素としてＢ、Ｓｉからなる複合酸化物であって、各金属元素酸化物による重量比組成式をｘＢ２  Ｏ３  ・ｙＳｉＯ２  と表した時、前記ｘ、ｙが０．１≦ｘ≦２０、８０≦ｙ≦９９．９、ｘ＋ｙ＝１００を満足するものである。
【００１５】
絶縁基板１の成分組成を前記範囲に限定したのは、次の理由による。即ち、Ｂ２  Ｏ３  の重量百分率示すｘを０．１≦ｘ≦２０（８０≦ｙ≦９９．９）としたのはｘが０．１よりも小さい場合（ｙが９９．９よりも大きい場合）は焼結体が緻密化せず、ｘが２０を越えると（ｙが８０よりも小さい場合）良好な焼結体が得られずＱ値が低くなるからである。Ｂ２  Ｏ３  量を示すｘは、Ｑ値を３０００以上とするという点から０．２〜１０重量％（９０≦ｙ≦９９．８）が望ましい。
【００１６】
測定周波数１０ＧＨｚでのＱ値が２０００以上を満足することが望ましい理由は、Ｑ値が２０００以上ある場合には、近年における高周波数帯の絶縁基板に十分対応することができるからである。Ｑ値は、高ければ高い程望ましいが、特には、測定周波数１０ＧＨｚでのＱ値が３０００以上であることが望ましい。
【００１７】
また、基板を構成する焼結体は、主相はガラス相であり、他に結晶相として、クリストバライト、トリジマイト、クオーツ等が析出する場合があるが、組成によってその析出相が異なる。本発明の誘電体磁器組成物ではガラス相のみであってもよい。
【００１８】
本発明の絶縁基板は、原料粉末として、例えば、Ｂ２  Ｏ３  粉末，ＳｉＯ２  粉末を用い、所定の割合で秤量し、湿式混合した後乾燥し、得られた粉末に適量のバインダを加えて成形し、この成形体を大気中１２５０〜１４００℃で焼成することにより得られる。
【００１９】
尚、本発明の絶縁基板は、金属元素としてＢ、Ｓｉからなるものであるが、例えば、粉砕ボールや原料粉末の不純物として、Ａｌ、Ｃａ、Ｂａ、Ｚｒ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｐ、Ｎａ、Ｔｉ等が混入する場合があるが、この場合も、上記組成を満足する限り低誘電率で、高Ｑ値の磁器を得ることができる。
【００２０】
また、本発明の高周波用配線基板の絶縁基板は、金属元素としてＢ、Ｓｉからなる複合酸化物であって、各金属元素酸化物による重量比組成式をｘＢ２  Ｏ３  ・ｙＳｉＯ２  と表した時、前記ｘ、ｙが０．１≦ｘ≦２０、８０≦ｙ≦９９．９、ｘ＋ｙ＝１００を満足する主成分と、該主成分１００重量部に対して周期律表第４ａ族元素のうち少なくとも１種を酸化物換算で０．１重量部以上含有するものであっても良い。
【００２１】
ここで、主成分をこのような組成に限定したのは上記理由による。そして、この高周波用配線基板では、主成分１００重量部に対して周期律表第４ａ族元素のうち少なくとも１種を酸化物換算で０．１重量部以上、好ましくは０．１〜１０重量部含有するものである。
【００２２】
このように主成分１００重量部に対して、周期律表第４ａ族元素のうち少なくとも１種を酸化物換算で０．１重量部以上含有せしめたのは、この範囲ならばＱ値がさらに向上するからである。一方、０．１重量部よりも少ない場合にはその添加効果が小さいからである。比誘電率を４以下とするためには、０．１〜１０重量部含有することが望ましい。周期律表第４ａ族元素としては、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆがあるが、そのうちでも、原料が安価で、Ｑ値が高いという点からＴｉが望ましい。
【００２３】
本発明の高周波用配線基板の絶縁基板は、原料粉末として、例えば、Ｂ２  Ｏ３  粉末、ＳｉＯ２  粉末、ＴｉＯ２  粉末、ＺｒＯ２  粉末、ＨｆＯ２  粉末を用い、所定の割合で秤量し、湿式混合した後乾燥し、得られた粉末に適量のバインダを加えて成形し、この成形体を大気中１２５０〜１４００℃で焼成することにより得られる。
【００２４】
また、本発明の絶縁基板では、主相がガラス相であり、他に結晶相として、クリストバライト、トリジマイト、クオーツ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ元素の酸化物等が析出する場合があるが、組成によってその析出相が異なる。
【００２５】
尚、本発明の高周波用配線基板の絶縁基板は、金属元素として、Ｂ、ＳｉおよびＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ元素を含有するものであるが、例えば、粉砕ボールや原料粉末の不純物としてＡｌ、Ｂａ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃａ、Ｐ、Ｎａ等が混入する場合があるが、この場合も、上記組成を満足する限り低誘電率で、高Ｑ値の磁器を得ることができる。
【００２６】
本発明の高周波用配線基板の絶縁基体としては、上記主成分１００重量部に対して、さらに希土類元素のうち少なくとも１種を酸化物換算で０．１重量部以上含有するものであっても良い。主成分１００重量部に対して、さらにＹおよび希土類元素のうち少なくとも１種を酸化物換算で０．１重量部以上含有せしめたのは、この範囲ならばＱ値がさらに向上するからである。一方、０．１重量部よりも少ない場合にはその添加効果が小さいからである。そして、比誘電率を４以下とするためには、０．１〜１５重量部含有することが望ましい。
【００２７】
希土類元素は、Ｑ値向上、より低誘電率という観点から、上記主成分１００重量部に対して酸化物換算で０．１〜１０重量部含有することが特に望ましい。
【００２８】
希土類元素としては、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕがあり、これらのうちＹ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｄｙ、Ｙｂ、Ｌｕが高Ｑ値という理由で最も望ましい。
【００２９】
本発明の高周波用配線基板の絶縁基体は、原料粉末として、例えば、Ｂ２  Ｏ３  粉末、ＳｉＯ２  粉末、希土類元素のうち少なくとも１種の酸化物粉末を用い、所定の割合で秤量し、湿式混合した後乾燥し、得られた粉末に適量のバインダを加えて成形し、この成形体を大気中１２５０〜１４００℃で焼成することにより得られる。
【００３０】
また、本発明の高周波用配線基板の絶縁基板では、主相がガラス相であり、他に結晶相として、クリストバライト、トリジマイト、クオーツ、希土類元素とＳｉとが化合した酸化物等が析出する場合があるが、組成によってその析出相が異なる。
【００３１】
尚、本発明の高周波用配線基板の絶縁基板は、金属元素として、Ｂ、Ｓｉおよび希土類元素を含有するものであるが、例えば、粉砕ボールや原料粉末の不純物としてＡｌ、Ｂａ、Ｚｒ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｃａ、Ｐ、Ｎａ、Ｔｉ等が混入する場合があるが、この場合も、上記組成を満足する限り低誘電率で、高Ｑ値の磁器を得ることができる。
【００３８】
【実施例】
実施例１
原料粉末として純度９５％のＢ２  Ｏ３  、純度９９％のＳｉＯ２  粉末を用い、これらを焼結体が表１に示す組成となるように秤量し、１５時間湿式混合した後、乾燥し、得られた粉末に適量のバインダを加えて造粒し、これを１０００ｋｇ／ｃｍ２  の圧力の下で成形して直径６０ｍｍ厚さ５ｍｍの成形体を得た。この成形体を大気中表１に示す温度で２時間焼成して直径５０ｍｍ厚さ０．２ｍｍに研磨し基板とした。この基板の一面にＣｕからなる全面電極（グランド）を、他面に０．４ｍｍ幅のＣｕからなるマイクロストリップラインを形成し、図１に示す高周波伝送線路を作製し、２０ＧＨｚでの伝送損失を測定した。
【００３９】
比誘電率、Ｑ値の測定は、直径１０ｍｍ、厚さ約５ｍｍの焼結体を作製して、これを誘電体共振器法で２０ＧＨｚにおいて測定した。Ｑ値に関してはＱｆ＝一定とみなして１０ＧＨｚにおけるＱ値を求めた。その結果を表１に示す。
【００４０】
【表１】
0003623093.tif 000002
【００４１】
表１によれば、本発明で用いられる絶縁基板は測定周波数１０ＧＨｚでのＱ値が２０００以上と高い値を示し、２０ＧＨｚでの伝送損失１５ｄＢ／ｍ以下であることが判る。しかも、比誘電率が３．８以下と低いことが判る。
【００４２】
比較例として、比誘電率が４であり、測定周波数１０ＧＨｚでのＱ値が１０００であるガラスからなる基板を用い、図１に示す高周波伝送線路での周波数約２０ＧＨｚにおいて伝送損失を測定したところ２４ｄＢ／ｍであった。これから、本発明の試料では、比較例よりも伝送損失が小さく、高周波伝送特性が良好であることが判る。
【００４３】
実施例２
原料粉末として純度９５％のＢ２  Ｏ３  、純度９９％のＳｉＯ２  粉末、純度９９％以上のＴｉＯ２  粉末、ＺｒＯ２  粉末、ＨｆＯ２  粉末を用い、これらを焼結体が表２に示す組成となるように秤量し、１５時間湿式混合した後、乾燥し、得られた粉末に適量のバインダを加えて造粒し、これを１０００ｋｇ／ｃｍ２  の圧力の下で成形して直径６０ｍｍ厚さ５ｍｍの成形体を得た。この成形体を表２に示す温度で２時間焼成して、直径５０ｍｍ厚さ０．２ｍｍに研磨し基板とした。この基板の一面にＣｕからなる全面電極（グランド）を、他面に０．４ｍｍ幅のＣｕからなるマイクロストリップラインを形成し、図１に示す高周波伝送線路を作製し、２０ＧＨｚでの伝送損失を測定した。
【００４４】
比誘電率、Ｑ値の測定は、直径１０ｍｍ、厚さ約５ｍｍの焼結体を作製して、これを誘電体共振器法で２０ＧＨｚにおいて測定した。Ｑ値に関してはＱｆ＝一定とみなして１０ＧＨｚにおけるＱ値を求めた。その結果を表２に示す。
【００４５】
【表２】
0003623093.tif 000003
【００４６】
この表２より、本発明の試料では、１０ＧＨｚにおけるＱ値が２０００以上であり、２０ＧＨｚでの伝送損失１５ｄＢ／ｍ以下であることが判る。さらに、４ａ族元素酸化物が０．〜１０重量部では比誘電率が４以下であり、マイクロストリップラインの幅を広くできることが判る。
【００４７】
実施例３
原料粉末として純度９５％のＢ２  Ｏ３  、純度９９％のＳｉＯ２  粉末、純度９９％以上の希土類元素の酸化物粉末を用い、これらを焼結体が表３に示す組成となるように秤量し、１５時間湿式混合した後、乾燥し、得られた粉末に適量のバインダを加えて造粒し、これを１０００ｋｇ／ｃｍ２  の圧力の下で成形して直径６０ｍｍ厚さ５ｍｍの成形体を得た。この成形体を表３に示す温度で２時間焼成して、直径５０ｍｍ厚さ０．２ｍｍに研磨し基板とした。この基板の一面にＣｕからなる全面電極（グランド）を、他面に０．４ｍｍ幅のＣｕからなるマイクロストリップラインを形成し、図１に示す高周波伝送線路を作製し、２０ＧＨｚでの伝送損失を測定した。
【００４８】
比誘電率、Ｑ値の測定は、直径１０ｍｍ、厚さ約５ｍｍの焼結体を作製して、これを誘電体共振器法で２０ＧＨｚにおいて測定した。Ｑ値に関してはＱｆ＝一定とみなして１０ＧＨｚにおけるＱ値を求めた。その結果を表３に示す。
【００４９】
【表３】
0003623093.tif 000004
【００５０】
この表３より、本発明の試料では、１０ＧＨｚにおけるＱ値が２０００以上であり、２０ＧＨｚでの伝送損失１５ｄＢ／ｍ以下であることが判る。さらに、希土類元素酸化物の添加量が０．１〜１５重量部では比誘電率が４以下であり、マイクロストリップラインの幅を広くできることが判る。
【００５５】
【発明の効果】
本発明の高周波用配線基板では、絶縁基板の１０ＧＨｚでのＱ値が２０００以上と高い値を示すため、周波数２０ＧＨｚにおいて伝送損失１５ｄＢ／ｍ以下を達成でき、高周波伝送特性を向上できる。さらに、絶縁基板の比誘電率が５未満と低いため、絶縁基板に形成される配線層の幅を広くできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高周波用配線基板を示す斜視図である。
【符号の説明】
１・・・絶縁基板
２・・・全面電極（グランド）
３・・・マイクロストリップライン
【図１】
0003623093.tif 000005