(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Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉからなる複合酸化物であって、各金属元素の酸化物によるモル比組成式を
ｘＭｇＯ・ｙＡｌ２Ｏ３・ｚＳｉＯ２
と表した時、前記ｘ、ｙ、ｚが
１０≦ｘ≦４０
１０≦ｙ≦４０
２０≦ｘ≦８０
ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００
を満足する主成分中に、ＹｂおよびＩｎのうちの少なくとも一種をそれぞれＹｂ２Ｏ３、Ｉｎ２Ｏ３換算で０．１〜１５重量％含有する焼結体からなり、前記配線層の周波数２０ＧＨｚにおける伝送損失が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Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉと、Ｎｉ及び／又はＣｏと、不可避不純物とからなる複合酸化物であって、各金属元素の複合酸化物のモル比組成式を
ｘＭｇＯ・ｙＡｌ２Ｏ３・ｚＳｉＯ２
と表した時、前記ｘ、ｙ、ｚが
１０≦ｘ≦４０
１０≦ｙ≦４０
２０≦ｘ≦８０
ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００
を満足する主成分中に、Ｎｉ及び／又はＣｏをそれぞれＮｉＯ、ＣｏＯ換算で０．１〜１５重量％含有する焼結体からなり、前記配線層の周波数２０ＧＨｚにおける伝送損失が１５ｄＢ／ｍ以下であることを特徴とする高周波用配線基板。
【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）
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）。
【０００３】
【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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
【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Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉからなる複合酸化物であって、各金属元素の酸化物によるモル比組成式をｘＭｇＯ・ｙＡｌ２Ｏ３・ｚＳｉＯ２と表した時、前記ｘ、ｙ、ｚが、１０≦ｘ≦４０、１０≦ｙ≦４０、２０≦ｘ≦８０、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００を満足する主成分中に、ＹｂおよびＩｎのうちの少なくとも一種をそれぞれＹｂ２Ｏ３、Ｉｎ２Ｏ３換算で０．１〜１５重量％含有する焼結体からなり、前記配線層の周波数２０ＧＨｚにおける伝送損失が１５ｄＢ／ｍ以下であることを特徴とする。
また、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Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉと、Ｎｉ及び／又はＣｏと、不可避不純物とからなる複合酸化物であって、各金属元素の複合酸化物のモル比組成式を
ｘＭｇＯ・ｙＡｌ２Ｏ３・ｚＳｉＯ２と表した時、前記ｘ、ｙ、ｚが、１０≦ｘ≦４０、１０≦ｙ≦４０、２０≦ｘ≦８０、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００を満足する主成分中に、Ｎｉ及び／又はＣｏをそれぞれＮｉＯ、ＣｏＯ換算で０．１〜１５重量％含有する焼結体からなり、前記配線層の周波数２０ＧＨｚにおける伝送損失が１５ｄＢ／ｍ以下であることを特徴とする。
【０００８】
【作用】
本発明の高周波用配線基板では、絶縁基板を、上記した主成分中に、Ｙｂ、Ｉｎ、ＮｉおよびＣｏのうちの少なくとも一種をそれぞれＹｂ２  Ｏ３  、Ｉｎ２  Ｏ３  、ＮｉＯ、ＣｏＯ換算で０．１〜１５重量％含有する焼結体により構成したので、焼成温度等の焼成温度を厳密に制御して得られた特性を大きく劣化させることなく、焼成条件を改善することができる。即ち、比誘電率が６以下、１０ＧＨｚにおけるＱ値が３０００以上の特性を得ることができるとともに、例えば、焼成温度幅が１０℃程度であったものを１００℃程度まで向上することができ、製造を容易にし、量産性を向上することができる。
【０００９】
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。
【００１０】
【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の下面に全面導体（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。全面導体（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。
【００１１】
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が、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。
【００１２】
そして、本発明の高周波用配線基板では、絶縁基板１が、金属元素の酸化物によるモル比組成式をｘＭｇＯ・ｙＡｌ２  Ｏ３  ・ｚＳｉＯ２  と表した時、前記ｘ、ｙ、ｚが１０≦ｘ≦４０、１０≦ｙ≦４０、２０≦ｘ≦８０、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００を満足するものを主成分とする。
【００１３】
基板の主成分組成を前記範囲に限定したのは、次の理由による。すなわち、ＭｇＯのモル百分率を示すｘを１０〜４０としたのはｘが１０よりも小さい場合は良好な焼結体が得られずＱ値が低くなり、また４０を越えると比誘電率が高くなるからである。特にＭｇＯ量を示すｘは、Ｑ値を５０００以上とするという点から１５〜３５が望ましい。
【００１４】
また、Ａｌ２  Ｏ３  のモル百分率を示すｙを１０〜４０としたのは、ｙが１０よりも小さい場合は良好な焼結体が得られずＱ値が低くなり、また４０を越えると比誘電率が高くなるからである。特にＡｌ２  Ｏ３  量を示すｙは、Ｑ値を５０００以上とするという点から１７〜３５が望ましい。
【００１５】
ＳｉＯ２  のモル百分率を示すｚを２０〜８０としたのはｚが２０よりも小さい場合は比誘電率が高くなり、８０を越えると良好な焼結体が得られずＱ値が低くなる。特にＳｉＯ２  量を示すｚは、Ｑ値を５０００以上とするという点から３０〜６５が望ましい。
【００１６】
本発明によれば、上記主成分に対してＹｂ、Ｉｎ、ＮｉおよびＣｏのうちの少なくと一種をそれぞれＹｂ２  Ｏ３  、Ｉｎ２  Ｏ３  、ＮｉＯ、ＣｏＯ換算で０．１〜１５重量％含有したのは、Ｙｂ２  Ｏ３  、Ｉｎ２  Ｏ３  、ＮｉＯ、ＣｏＯとしての含有量が０．１重量％より少ない場合は緻密化焼成温度は広くならず、１５重量％より多い場合は誘電損失が大きくなり、Ｑ値が低くなるためである。Ｙｂ、Ｉｎ、ＮｉおよびＣｏの含有量を増加させるほど緻密化焼成温度は広くなるが、一方比誘電率が増加し、またＱ値が低下していくため、これらの特性と緻密化焼成温度とのかねあいで含有量を決定することが望ましい。Ｙｂ、Ｉｎ、ＮｉおよびＣｏのうち、焼成温度幅を広げ、かつＱ値を高くするという点からＹｂが最も望ましい。
【００１７】
本発明の絶縁基板はＱ値を５０００以上とするためには、上記組成式において、１５≦ｘ≦３５、１７≦ｙ≦３５、３０≦ｘ≦６５を満足することが望ましい。本発明では特に、コージェライトの組成即ち、ｘ＝２２．２、ｙ＝２２．２、ｚ＝５５．６で、Ｙｂ、Ｉｎ、ＮｉおよびＣｏのうちの少なくと一種をそれぞれＹｂ２  Ｏ３  、Ｉｎ２  Ｏ３  、ＮｉＯ、ＣｏＯ換算で０．１〜１０重量％含有することが望ましい。
【００１８】
測定周波数１０ＧＨｚでのＱ値が３０００以上を満足することが望ましい理由は、Ｑ値が３０００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５０００以上であることが望ましい。
【００１９】
また、基板を構成する焼結体は、主相はコージェライトであり、他に結晶相として、ムライト、スピネル、プロトエンスタタイト、クリノエンスタタイト、フォルステライト、クリストバライト、トリジマイト、サファリン、クオーツ等が析出し、さらに、Ｙｂ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ｃｏと主成分元素との酸化化合物、例えば、Ｙｂ２  Ｓｉ２  Ｏ７  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。
【００２０】
本発明の絶縁基板は、原料粉末として、例えば、ＭｇＣＯ３  粉末、Ａｌ２  Ｏ３  粉末、ＳｉＯ２  粉末、Ｙｂ２  Ｏ３  粉末、Ｉｎ２  Ｏ３  粉末、ＮｉＯ粉末、ＣｏＯ粉末を用い、所定の割合で秤量し、湿式混合した後乾燥し、この混合物を大気中において１１００〜１３００℃で仮焼した後、粉砕した。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１２００〜１５００℃で焼成することにより得られる。特に、コージェライトを主結晶相とする焼結体は難焼結性であるため、適正な焼成温度を探しだし、焼成温度を厳密に制御して焼成する必要がある。
【００２１】
尚、本発明の絶縁基板は、金属元素としてＭｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｙｂ等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、Ｃａ、Ｂａ、Ｚｒ，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。
【００２２】
【実施例】
原料粉末として純度９９％のＭｇＣＯ３  、純度９９．７％のＡｌ２  Ｏ３  、純度９９．４％のＳｉＯ２  粉末、純度９９．９％のＹｂ２  Ｏ３  、Ｉｎ２  Ｏ３  、ＮｉＯ、ＣｏＯ粉末を用い、これらを焼結体が表１〜表４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、この混合物を１２００℃２時間仮焼した後粉砕した。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の成型体を得た。この成形体を大気中１２００〜１５８０℃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からなる全面導体（グランド）を、他面に０．３ｍｍ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。
【００２３】
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、誘電体共振器法にて１０ＧＨｚでのＱ値を測定し、結果を表１〜４に示す。
【００２４】
【表１】
0003623078.tif 000002
【００２５】
【表２】
0003623078.tif 000003
【００２６】
【表３】
0003623078.tif 000004
【００２７】
【表４】
0003623078.tif 000005
【００２８】
表１〜４によれば、本発明に用いられる絶縁基板は、比誘電率が６以下と低く、しかも測定周波数１０ＧＨｚでのＱ値が３０００以上と高い値を示すことがわかる。しかも、図１に示す高周波伝送線路では、周波数約２０ＧＨｚにおいて伝送損失１５ｄＢ／ｍ以下を示すことが判る。
【００２９】
比較例として、比誘電率が５．６であり、測定周波数１０ＧＨｚでのＱ値が１０００であるガラスセラミック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。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の高周波用配線基板は、絶縁基板が、モル比組成式をｘＭｇＯ・ｙＡｌ２  Ｏ３  ・ｚＳｉＯ２  で示される特定の主成分中に、Ｙｂ、Ｉｎ、ＮｉおよびＣｏのうちの少なくと一種をそれぞれＹｂ２  Ｏ３  、Ｉｎ２  Ｏ３  、ＮｉＯ、ＣｏＯ換算で０．１〜１５重量％含有するので、６以下の低い比誘電率を有し、１０ＧＨｚでのＱ値が３０００以上の高いＱ値を有し、これにより、高周波伝送特性を向上できる。
【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】
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