(57)【要約】      （修正有）【課題】薄型化に対応した導波管ストリップ線路モード変換器を提供する。【解決手段】接地導体からなる広壁１１１，１１２、狭壁、ショート壁で電気的に囲まれた導波路１１０と、導波路に挿入されて波長λの信号を入力されるピン１２３とを有し、ショート壁とピンとの距離が、導波路内の管内波長λｇの半分（λｇ／２）である。従来設定されていたようにλｇ／４の長さではなく、前記ピンから出発し前記ショート壁で反射されて前記ピンまで戻る波と、前記ピンから前記ショート壁と逆方向へと進む波とが同じ位相となるように、λｇ／４の倍の長さであるλｇ／２に対応する長さ近傍に設定されたことにより、薄型化された導波路においてもインピーダンス整合を維持して、広帯域設計をおこなうことが可能となるモード変換器１００における所望の高周波信号の注入を維持することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の一方の主面および他方の主面に形成された接地導体からなる広壁と、前記基板の厚み方向に形成され、前記広壁と接続した導体からなる狭壁およびショート壁と、から構成された導波路、および、
前記基板の一方の主面から所定の深さまで前記導波路の内部に形成された導体からなるピン、を少なくとも備えたモード変換器であって、
前記ピンからショート壁までの距離が、前記導波路の管内波長λｇの半分に設定されたことを特徴とする記載のモード変換器。
【請求項２】
前記導波路の厚さが３００μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載のモード変換器。
【請求項３】
前記ピンが、前記基板の両方の主面を連通しており、
前記基板の他方の主面において露出した前記ピンの端部と、前記基板の他方の主面に形
成された広壁との間には、アンチパッドが設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のモード変換器。
【請求項４】
前記基板の一方の主面側に接続部が形成され、
前記ピンが、前記基板の一方の主面から所望の深さまで形成された微細孔の内部に形成された導体からなり前記接続部に接続されることを特徴とする請求項１または２に記載のモード変換器。
【請求項５】
前記ピンが、前記基板に形成された微細孔の内側壁を覆う導体からなることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のモード変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モード変換器に係り、特にミリ波信号等による通信に用いられる導波路に用いて好適な技術に関する。
【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、より重要性を増している。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】
特許文献１には、プリント基板による導波路（ポスト壁導波路アンテナ：PWA Post-wall Waveguide Antenna）を利用したミリ波モジュールが開示されている。特許文献１の図１〜図７に示すように、この技術は従来の導波路の側壁（金属壁）を、プリント基板のスルーホール群（ポスト群）で置き換えたものである。特許文献１の図１〜図７に示すように、無線通信ＩＣ（ＣＭＯＳ−ＩＣ）がＰＷＡの上に実装されており、ワイヤボンドやバンプ接続などの方法で無線通信ＩＣ（特許文献１の明細書中では半導体チップ４と表記。以下同）から出力されたミリ波信号は、一旦、平面回路による伝送線路（マイクロストリップ、コプレーナ、ストリップ等の線路２４と表記）を伝わり、平面回路・導波路変換構造（中心導体２３＝ピン）を経て、最終的には導波路構造部（導波路２）へと導かれる。特許文献１における中心導体（ピン）２３は、プリント基板に貫通穴を形成し、貫通穴の内面に銅メッキを施すことにより形成されている。非特許文献２においては、プローブ変換と称されている。
【０００４】
一般的な高周波回路においては、回路Ａと回路Ｂを接続する場合にインピーダンス整合が取られるように設計することが必要である。これは、回路Ａから回路Ｂの接続点において信号を反射なく伝送させることを意味している。つまり、回路Ａとしての平面回路・伝送線路から回路Ｂとしての導波路の接続点において、信号が反射することなく伝送させることが必要である。従来構造の場合、所定の周波数帯域において、ピンの長さを所定の値に調整することによって、反射損を抑制した信号伝送を実現してインピーダンス整合が取られている。
【０００５】
一般的なモード変換器においては、特許文献２および非特許文献２に記載されるように、導波路内に挿入されたピンから、導波路における開口に対向した面（反射面、もしくはショート壁ともいう）との距離が供給信号波長λ、または、導波路内の管内波長λｇに対して、λ／４、λｇ／４として設定されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１０９４３８号公報
【特許文献２】特開２００７−５３４２６２号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】R.Suga，et al. “Cost-Effective 60-GHz Antenna-Package With  End-Fire Radiation from Open-Ended Post-Wall Waveguide for Wireless File-Transfer System，” 2011 IEEE MTT-S International Microwave Symposium, pp. 348-351
【非特許文献２】改版マイクロ波回路  藤澤和男著  コロナ社  p-177
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年、携帯電話等の携帯端末へモード変換器を搭載する要求が高まっており、それに伴いモード変換器そのものを小型化、薄型化したいという要求がある。
しかし、本願発明者は、モード変換器を薄型化した際に、帯域が狭くなるという問題を発見した。これは、例えば特許文献１のポスト壁を利用したものに限らない。具体的には、導波路の厚さとほぼ等しい基板厚さが５００ｎｍ程度になったとき、帯域が狭くなり広帯域設計ができなくなるという現象が発生した。
【０００９】
本発明は以上のような点を考慮してなされたものであり、小型化、特に薄型化された場合でも、広帯域設計が可能なモード変換器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】
【００１０】
本発明の請求項１に係るモード変換器は、基板の一方の主面および他方の主面に形成された接地導体からなる広壁と、前記基板の厚み方向に形成され、前記広壁と接続した導体からなる狭壁およびショート壁と、から構成された導波路、および、
前記基板の一方の主面から所定の深さまで前記導波路の内部に形成された導体からなるピン、を少なくとも備えたモード変換器であって、
前記ピンからショート壁までの距離が、前記導波路の管内波長λｇの半分となるように設定されたことを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、接地導体からなる広壁、狭壁、ショート壁で電気的に囲まれた導波路と、導波路に挿入されて波長λの信号を入力されるピンとを有し、ショート壁とピンとの距離が、導波路内の管内波長λｇの半分（λｇ／２）である。つまり、従来設定されていたようにλｇ／４の長さではなく、前記ピンから出発し前記ショート壁で反射されて前記ピンまで戻る波Ａと、前記ピンから前記ショート壁と逆方向へと進む波Ｂとが同じ位相となるように、λｇ／４の倍の長さであるλｇ／２に対応する長さ近傍に設定されたことにより、薄型化された導波路においてもインピーダンス整合を維持して、広帯域設計をおこなうことが可能となるモード変換器における所望の高周波信号の注入を維持することができる。
【００１２】
本発明の請求項２に係るモード変換器は、請求項１記載のモード変換器であって、前記導波路の厚さが３００μｍ以下であることを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項３に係るモード変換器は、請求項１または２記載のモード変換器であって、
前記ピンが、前記基板の両方の主面を連通しており、
前記基板の他方の主面において露出した前記ピンの端部と、前記基板の他方の主面に形
成された接地導体層からなる広壁との間には、アンチパッドが設けられていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項４に係るモード変換器は、請求項１または２記載のモード変換器であって、
前記基板の一方の主面側に接続部が形成され、
前記ピンが、前記基板の一方の主面から所望の深さまで形成された微細孔の内部に形成された導体からなり前記接続部に接続されることを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項５に係るモード変換器は、請求項１から４のいずれかに記載のモード変換器であって、
前記ピンが、前記基板に形成された微細孔の内側壁を覆う導体からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、薄厚化して生じた問題点に対応して、広帯域設計をおこなうことが可能となるモード変換器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係るモード変換器の第１実施形態における導波路を示す斜視図である。
【図２】本発明に係るモード変換器の第１実施形態を示す正断面図である。
【図３】本発明に係るモード変換器の第１実施形態を示す斜視図である。
【図４】本発明に係るモード変換器の第１実施形態におけるピン１２３と反射面１１０Ａとの距離を模式的に示した正断面図（ａ）、平断面図（ｂ）である。
【図５】本発明に係るモード変換器の第１実施形態におけるＧＲＤビアを示す正断面図である。
【図６】本発明に係るモード変換器の第１実施形態における導体柱を示す模式平面図である。
【図７】本発明に係るモード変換器の第１実施形態におけるピンの例を示す模式断面図である。
【図８】本発明に係るモード変換器の第１実施形態における工程を示すための模式断面図である。
【図９】本発明に係るモード変換器の第１実施形態におけるピンの他の例を示す模式断面図である。
【図１０】本発明に係るモード変換器の第１実施形態における導波路の他の例を示す模式平面図である。
【図１１】本発明に係るモード変換器の第１実施形態における導体柱の他の例を示す模式断面図である。
【図１２】本発明に係るモード変換器の第１実施形態におけるミリ波通信モジュールの例を示す模式正断面図である。
【図１３】本発明に係るモード変換器の第１実施形態におけるミリ波通信モジュールの他の例を示す模式側断面図である。
【図１４】本発明に係るモード変換器の第１実施形態におけるピンの他の例を示す斜視図である。
【図１５】本発明に係るモード変換器の第２実施形態を示す正断面図である。
【図１６】本発明に係るモード変換器の第２実施形態における工程を示すための模式断面図である。
【図１７】本発明に係るモード変換器の第３実施形態を示す正断面図である。
【図１８】本発明に係るモード変換器の第３実施形態における他の例を示す正断面図である。
【図１９】本発明に係るモード変換器の第３実施形態における工程を示すための模式断面図である。
【図２０】本発明に係るモード変換器の第３実施形態における他の例を示す正断面図である。
【図２１】本発明に係るモード変換器の第３実施形態における他の例を示す正断面図である。
【図２２】実験例としてシミュレーションをおこなったモード変換器を示す斜視図である。
【図２３】図２２のモード変換器における周波数帯域をシミュレーションした結果を示すグラフである。
【図２４】実験例としてシミュレーションをおこなったモード変換器における基板厚さと、Ｌｓとの関係をまとめたものである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
＜第１実施形態＞
以下、本発明に係るモード変換器の第１実施形態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。
【００１９】
［モード変換器の構成］
本実施形態に係るモード変換器１００の構成について、図１から図１４を用いて説明する。図１は、モード変換器１００を示す斜視図であり、図２は、モード変換器１００を模式的に示した断面図であり、図３は、接続部を示す拡大斜視図、図４は導波路を模式的に示した正断面図（ａ）、平断面図（ｂ）、図５は、ＧＮＤビアを示す拡大断面図、図６は、ショート壁である導体柱１１４を模式的に示した模式平面図である。図において、符号１００はモード変換器である。
【００２０】
本実施形態のモード変換器１００は、図１，図２に示すように、基板１０１に設けられたピン（導体ピン）１２３を有する導波路１１０と、上基板１２４に設けられ高周波信号伝搬用の接続部となる伝送路（平面回路）１２２とを有し、これらの基板１０１と基板１２４とが貼り合わせられた構成とされている。
【００２１】
導波路１１０は、基板１０１の表裏面に設けられた接地導体層（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が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、開口部と反対側が反射部となるショート壁１１０Ａとなっている。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
本発明のモード変換器においては、図４に示すように、ショート壁１１０Ａとピン１２３との距離Ｌｓが、管内波長λｇの半分（λｇ／２）となるように設定されている。
【００２４】
従来、同軸線−導波路信号変換装置に類似した機構では、方形導波路１１０のショート壁１１０Ａは、ピン（プローブ）１２３の中心からλｇ／４（ここで、λｇは、導波路内の管内波長wave guide wavelength）とされる距離Ｌｓだけ離れた位置に設定されていた。
【００２５】
ピン１２３から反射面１１０Ａに基本周波数信号は、ＴＥ１０基本モードの場合、ショート壁１１０Ａと広壁１１１，１１２と狭壁１１０Ｂとによって反射される。そのうち、ショート壁１１０Ａの影響を考え、高周波信号が、ピン１２３からショート壁１１０Ａ位置までλｇ／２の距離を進む間、９０°の位相差を有し、ショート壁１１０Ａで反射・反転して１８０°の位相差を生じ、ショート壁１１０Ａからピン１２３位置までλｇ／２の距離を戻る間に９０°の位相差を有し、ピン１２３において回帰した反射信号が３６０°の位相回転量を有するように設計されていた。
【００２６】
しかし、導波路１１０の厚さ、つまり、ピン１２３の長さに沿った方向の導波路１１０の寸法である、広壁１１１と広壁１１２との距離を小さくして５５０μｍ以下とすると、帯域が狭くなってしまう。その原因は、詳細に解明されているわけではないが、本願発明者らは、方形導波路１１０のショート壁１１０Ａと、ピン（プローブ）１２３の中心との離間距離Ｌｓを、管内波長λｇの半分（λｇ／２）に設定することで、信号波長に対して薄い基板を用いた場合に大幅な広帯域化を実現できることを見いだした。入力ポートから見た場合、Smith Chartの軌跡を観察すると、何らかの共振状態が実現された結果、広帯域化が実現されたと考察できる。これにより、帯域の狭隘化を低減することが可能である。
【００２７】
なお、λをピン１２３に入力する信号の波長とするとき、導波路１１０内の管内波長λｇは、次のように表わされる。
λｇ ＝ λ／（１−（λ／２ａ）２）１／２
ここで、ａは図４（ｂ）に示すように、導波路１１０における厚さ方向の開口幅である。
【００２８】
基板１０１は厚さ５５０μｍ以下、好ましくは、厚さ５００μｍ程度、あるいは、４００μｍ程度、３００μｍ程度、２５０μｍ程度、２００μｍ程度、１７５μｍ程度、１００μｍ程度とすることができる。ここで「程度」とは、±５０μｍの厚み幅を持つことを意味する。基板１０１の構成材料としては、特に限定されるものではないが、可撓性を有するフレキシブル基板や、ソーダガラス、石英ガラス等のガラス基板とすることができる。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、エポキシ樹脂にガラスクロス（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。
【００２９】
広壁１１１，１１２は、基板１０１表裏面に設けられた銅薄膜等とされ、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、図１に示すように、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。この複数の導体柱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Ｌは、図６に示すように、導体柱１１４の直径ｄ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の再近接位置どうしの間隔Ｘは、導体柱１１４の直径ｄ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の内部はいずれも導体で充填されていても良いし、充填されていなくても良い。また、導体柱１１４を形成する円柱状の導体はいずれも広壁１１１，１１２よりも薄い導体膜からなっている。なお、導体柱１１４の内部は樹脂等の絶縁体で充填することや、なにも充填しないこともできる。
【００３０】
モード変換器１００は、図１〜図７に示すように、基板１０１に内在するように広壁１１１に設けられた開口１１１ａから導波路１１０内部に挿入されたピン１２３と、このピン１２３の外側基端部に接続されて広壁１１１より外側に位置する平面回路（伝送路）１２２を有する。
【００３１】
広壁１１１には略均一厚さの上基板（基板）１２４が積層されて接着層１２４ａを介して接着される。上基板１２４には、平面視してピン１２３と同じ位置に、上基板１２４を貫通する孔部γ内に導体１２３Ａが設けられている。導体１２３Ａの外側端部は、上基板１２４表面に位置するピン端子（接続部）１２３ｂとされ、伝送路１２２の一端側に接続されている。
上基板１２４は基板１０１と同様の材質からなり、例えばフレキシブル基板とされて、基板１０１の半分以下の厚み、つまり、ピン１２３の長さ程度の厚み以下の寸法とすることができる。
【００３２】
上基板１２４の外側表面上には、接続部としての伝送路１２２が形成されている。伝送路１２２は、すくなくとも広壁１１１の開口１１１ａを跨ぐように設けられ一端側がピン端子１２３ｂを介してピン１２３に接続され、他端側が上基板１２４上のＧＳＧパッド（高周波信号入力端子）１２５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の伝送路１２２に対する両外側には、図３に示すように、上基板１２４上の伝送路１２２の延在方向に直交する向き両外側位置となるように、ＧＮＤパッド１２６が離間して配置される。
【００３３】
ＧＮＤパッド１２６には、図３に示すように、その両外側位置にそれぞれＧＮＤビア１２７が設けられ、ＧＮＤビア１２７は、導体１２３Ａと同様の構成とされている。ＧＮＤビア１２７は、図５に示すように、上基板１２４上の伝送路１２２の階層から、基板１２４表面の広壁１１１の階層まで接続するように設けられる。
【００３４】
ピン１２３は、図２に示すように、径寸法Ｈ１を有する柱状として、基板１０１内に内在し、先端１２３ａが導体膜１１２と接触しない位置となるように、例えば、基板１０１の厚さの半分程度となるように長さ寸法Ｈ４が設定される。ピン１２３は、広壁１１１，１１２の面垂直方向に設けられる。ピン１２３の基端側には、図２、図３に示すように、広壁１１１と同階層である基板１０１表面に、広壁１１１と同一材料からなるフランジ状のランド１２３ｃが周設される。平面視して円環状とされるランド１２３ｃ表面外縁部は、接着層１２４ａを介して上基板１２４に覆われている。ピン１２３の基端側は基板１０１外側にむけてピン１２３を延長した形状とされる導体１２３Ａを介して伝送路１２２に接続される。
【００３５】
伝送路１２２は、図３に示すように、広壁１１１と略平行である上基板１２４表面上に延在し、導体１２３Ａ外側端部位置においては、この導体１２３Ａよりも径寸法の大きなピン端子１２３ｂに接続されている。伝送路１２２は、ピン端子１２３ｂからＧＳＧパッド（高周波信号入力端子）１２５まで直線状に延在するとともに、その幅寸法は、導体１２３Ａおよびピン１２３の径寸法と等しく設定することができる。伝送路１２２の幅寸法は、後述するように、入力インピーダンス整合部として適宜調整されることができる。
【００３６】
伝送路１２２には、上基板１２４上のＧＳＧパッド（高周波信号入力端子）１２５に接続された側に、基板１２４表面において伝送路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有するように設けられる。開放スタブ１２２ｂの幅寸法は、伝送路１２２の幅の半分程度とされている。
伝送路１２２は、また、伝送路１２２とＧＳＧパッド（高周波信号入力端子）１２５とが接続される部分に、伝送路よりも幅細となる狭隘部１２２ａが設けられる。
【００３７】
これら伝送路１２２、開放スタブ１２２ｂ、狭隘部１２２ａ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１２２ａ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の整合を図る。
【００３８】
ピン１２３は少なくともその表面が広壁１１１と同様の導体から形成されることができ、本実施形態においては、その中心部分は、表面と同様かまたは異なる性質の導体で充填された構造とされる。具体的には、ピン１２３の表面が、メッキ法によって形成されたＣｕ、Ａｇ、Ａｕなどの薄膜であり、円筒状のピン１２３の中心部分（内部）が、導電性ペーストを充填し、それを加熱・焼成した導体となっている。
【００３９】
ピン１２３の中心部分（内部）は、導体内部に微小な空隙Ｖを多数含んだ多孔質体である。これは、後述するように、導電性ペーストを加熱処理して形成したことに起因するものである。このように、微小な空隙Ｖを多数含んだ導体からなるピン１２３であると、フレキシブル基板１０１が変形したとしても、ピン１２３と微細孔αの内面との間に剥離が生じたり、ピン１２３自体が破損したりする不具合を防止でき、フレキシブル基板１０１の変形による応力耐性が向上するというメリットが生ずる。また、応力耐性を向上させるために、空隙Ｖの大きさ及び密度（配置）をピン１２３内部で好ましい状態に制御する。
【００４０】
図７は、他の実施形態におけるピン１２３の先端形状を示したものである。
ピン１２３は、図７（ａ）のように、先端１２３ａが丸みを帯びた先丸形状であってもよい。あるいは、図７（ｂ）のように、ピン先端１２３ａの中央が鋭角的に尖った形状や、図６、（ｃ）のように、ピン先端の周縁側が鋭角的に尖った形状であってもよい。図６（ａ）〜（ｃ）のように尖った先端形状であれば、ピン先端１２３ａと広壁１１２との距離の制御精度が緩和するので好ましい。特に、図６（ｂ）（ｃ）のように鋭角的に尖った先端形状であれば、ピン先端１２３ａと広壁１１２との距離の制御精度がより緩和するので好ましい。結果として、製造上、インピーダンス整合しやすいという利点がある。
【００４１】
ピン１２３表面、導体柱１１４は、基板１０１の表面側から、チタン（Ｔｉ）またはクロム（Ｃｒ）からなる膜、銅（Ｃｕ）からなる膜を、順に積層した膜構成とすることができる。ＴｉまたはＣｒからなる膜は、ミリ波帯における電磁波の表皮深さを考慮すると、基板との密着精度が損なわれない範囲において、薄いほど望ましい。例えば、Ｃｕからなる膜が３００ｎｍ以上である場合には、ＴｉまたはＣｒからなる膜は４０ｎｍ程度であることが望ましい。
伝送路１２２、開放スタブ１２２ｂ、狭隘部１２２ａなどの平面回路は、同様に、上基板１２４の表面側から、チタン（Ｔｉ）またはクロム（Ｃｒ）からなる膜、銅（Ｃｕ）からなる膜を、順に積層してなることができる。
広壁１１１および広壁１１２も基板１０１の表面側から、チタン（Ｔｉ）またはクロム（Ｃｒ）からなる膜、銅（Ｃｕ）からなる膜を、順に積層してなることができる。
【００４２】
これらは、いずれもミリ波帯の電磁波伝送に適した状態とされ、例えば、銅部分は後述するようにメッキ層とすることができる。なお、基板１０１表裏面の広壁１１１および広壁１１２、上基板１２４表面の伝送路１２２、開放スタブ１２２ｂ、狭隘部１２２ａなどの平面回路としては、基板１０１、上基板１２４に導体膜が形成された基材を利用することもできる。
【００４３】
［モード変換器の製造方法］
図１〜図７に示した導波路１００の製造方法について、図８を用いて説明する。図８は、モード変換器の製造過程における基板の要部を、製造工程の順に、段階的に示した正断面図である。
【００４４】
［ポスト壁導波路構造］
まず、準備工程として、図８（ａ）に示すように、基材として基板１０１を用意する。例えば、基板１０１は厚み１００μｍ〜５００μｍ程度のフレキシブル基板とされる。ここで「程度」とは、±５０μｍの厚み幅を持つことを意味する。基板１０１の表裏面には銅薄膜からなる広壁１１１，１１２が形成されたものとされる。
広壁１１１，１１２の厚みは少なくともミリ波帯の表皮深さよりも厚いことが望ましい。６０ＧＨｚ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。
【００４５】
次いで、図８（ｂ）に示すように、孔あけ工程として、基板１０１にレーザーアブレーションあるいはドリル等の加工手段により、凹部（キャビティ）α、孔部βを形成する。
凹部αは、ピン１２３の長さＨ４に対応する所望の深さ、かつ、径寸法Ｈ１に対応する太さまで形成される。孔部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され、かつ、孔部βは径寸法ｄを有するとともに、隣接する孔部βとの距離Ｘが直径ｄよりも小さくなるように形成される。
【００４６】
基板１０１をフレキシブル基板とした場合には、例えば、液晶ポリマー基板（ＬＣＰ基板）に対して、レーザー強度が調整されたＵＶ−ＹＡＧレーザー、ＣＯ２レーザー等でレーザーを照射することで凹部形状を形成する。
【００４７】
その結果、図８（ｂ）に示すように、基板１０１に凹部α、孔部βが形成される。微細孔である凹部α、孔部βの孔径は、製造するモード変換器１００の用途に応じて、１０μｍ〜３００μｍの範囲で適宜設定することができる。
薄い基板を用いたモード変換器においては、導波路の厚みを薄くするほど、つまり、導波路が形成される基板を薄くするほど、ピン長さが伝送特性に影響する度合いが大きくなる。そのため、ピン長さをより一層精密に設計する必要がある。例えば、厚みが３００μｍ以下の薄い基板に形成する導波路では、ピン長さを１０μｍレベルで制御する必要がある。
【００４８】
次いで、図８（ｃ）に示すように、シード層およびメッキ層からなる導体層１２１ａ、導体層１２１ｂを、凹部α，孔部βの内部に形成する。シード層は例えば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。メッキ層は銅メッキとされる。銅メッキ層の厚みは少なくともミリ波帯の表皮深さよりも厚いことが望ましい。６０ＧＨｚでは、信号電流の表皮深さが２７０ｎｍなので、導体層１２１ａ、導体層１２１ｂは、２μｍ程度の厚さとすれば十分である。このとき、導体層１２１ａ、導体層１２１ｂと同等の導体層を、基板１０１の表裏面の広壁１１１，１１２上に同時に形成してもよい。
【００４９】
次いで、図８（ｄ）に示すように、凹部α周囲の開口１１１ａに対応する領域をエッチングにより除去し、ランド１２３ｃを形成する。この際、開口１１１ａ以外にレジストを形成してエッチングすることで、レジストを除く広壁１１１の部分を除去し、開口１１１ａ、ランド１２３ｃを形成する。開口１１１ａ形成工程は、塩化第二鉄液、塩化第二銅液等の酸溶液を用いたウェットエッチングとすることができる。
【００５０】
次いで、充填工程として、図８（ｅ）に示すように、ペースト状の導電性材料をスクリーン印刷等の手段で凹部α内に充填する。
まず、基板１０１全表面にシート状のカバーを貼付し、凹部αに対応する部分のみ除去し貫通孔を形成する。この状態で、基板１０１全面に導電性ペーストをスクリーン印刷により塗布して凹部α内にペーストを充填する。その後、シートを除去して、図８（ｅ）に示すように、開口１１１ａにはペーストを充填せずに凹部α内のみペーストを充填した状態とする。
カバーとしては、たとえばステンレス、アルミ合金からなるメタルマスクが用いられ、る。
貫通孔形成としては、孔部β形成と同様にメタルマスクにエネルギーを調整したレーザー加工等を用いることが可能である。
【００５１】
ペースト状の導電性材料としては、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、スズ（Ｓｎ）、ビスマス（Ｂｉ）等の導体を含むものとされ、これ以外にフィラーとしてのフラックス等を含むこともできる。
なお、ペースト導体は、微細孔αの内部に完全に充填されていなくともよいが、気密性を要求される場合などには、微細孔αの内部に完全に充填されていることが望ましい。このように、ポスト壁導波路構造を形成する。
本発明のモード変換器のように小型化・薄型化しようとすると、必然的にピンも小さく形成する必要があり、そのためにはピンが形成される高アスペクト比の孔（微細孔）をさらに小さくする必要がある。しかしながら、小さな孔であるほどの内部に導体を形成することが困難となる。
本発明は、印刷法を用いて導電性ペースト微細孔の内部に充填しているため、微細孔の内奥まで導電性ペーストを充填することが可能となり、所望の長さのピンを安定的に形成することができる。
【００５２】
［上部伝送構造］
まず、準備工程として、図８（ｆ）に示すように、基材として上基板１２４を用意する。上基板１２４は、基板１０１と同材のとされて、基板１０１の半分の厚みであるフレキシブル基板とされ、その表面には銅薄膜からなる導電層１２２Ａが形成されたものとされる。
導体層１２２Ａの厚みは少なくともミリ波帯の表皮深さよりも厚いことが望ましい。６０ＧＨｚ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８（ｇ）に示すように、上基板１２４表面に、伝送路１２２、開放スタブ１２２ｂ、狭隘部１２２ａ、ＧＮＤパッド１２６、ＧＳＧパッド（高周波信号入力端子）１２５などの平面回路を形成する。この際，平面回路形状にパターニングしたレジストを形成し、これ以外の導電層１２２Ａをエッチングにより除去することで、これらの平面回路を形成する。その後、レジストをレジスト剥離液により除去する。さらに、ＣＦ４ガスや０２ガスによるＲＩＥ（Reactive Ion Etching）プロセスを実施することもできる。
この際、入力インピーダンス整合をとるためにそれぞれの平面回路における各寸法をそれぞれ設定する。具体的には、伝送路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１２２ａの幅寸法および長さ寸法、導体１２３Ａの長さ寸法を例示できる。なお、図においては、平面回路として、伝送路１２２のみを示してある。
【００５４】
次いで、図８（ｈ）に示すように、上基板１２４裏面全体に、接着層１２４ａを形成する。
接着層１２４ａとしては、ＬＣＰフィルムあるいはポリイミドとされる基板１２４に対してエポキシ系やアクリル系の接着剤、あるいはＬＣＰによる接着層が用いられる。
【００５５】
次いで、図８（ｉ）に示すように、上基板１２４に、レーザーアブレーション等の加工手段により、孔部γを形成する。孔部γは、導体１２３ＡおよびＧＮＤビア１２７に対応するものとされ、形成位置、形成寸法が設定される。孔部γは、上基板１２４の表面（上側）では、伝送路１２２やＧＮＤパッド１２６といった平面回路に電気的に接続するように、また、上基板１２４の裏面（下側）では、接着層１２４ａを貫通して形成される。これらは、レーザー照射条件を設定することで調節する。
【００５６】
次いで、充填工程として、図８（ｊ）に示すように、ペースト状の導電性材料をスクリーン印刷等の手段で孔部γ内に充填する。
この際、上基板１２４の全裏面にペースト状導電材料を塗布した後に、スキージ等で押圧して孔部γ内に充填する。この場合、たとえば印刷圧力０．２５ＭＰａ〜０．５ＭＰａ
印刷速度５ｍｍ／ｓｅｃ〜３０ｍｍ／ｓｅｃとすることができる。
なお、導体１２３Ａは、孔部γ内部に完全に充填されていなくともよいが、気密性を要求される場合などには、孔部γ内部に完全に充填されていることが望ましい。このように上部伝送構造を形成する。
【００５７】
次いで、図８（ｅ）に示す基板１０１に形成されたポスト壁導波路構造と、図８（ｊ）に示す上基板１２４に形成された上部伝送構造とを、凹部αと孔部γとを位置あわせして貼り合わせ、加熱加圧処理することで接着する。
基板１０１と上基板１２４とを貼り合わせる加熱加圧処理は、たとえば加熱温度１８０℃、圧力１ＭＰａ、加熱時間６０ｍｉｎとすることができる。この加熱加圧処理は、接着層１２４ａが広壁１１１表面に接着されるとともに、凹部αおよび孔部γ内に充填された導電性ペーストから形成される導体どうしが接続すればよく、平面回路が変形しない程度の処理条件とされる。
【００５８】
このような工程によって、モード変換器１００を形成することができる。
【００５９】
本実施形態においては、ピン１２３とショート壁１１０Ａとの距離Ｌｓを、管内波長λｇの半分（λｇ／２）に設定したので、必要な帯域を確保することが可能となる。
【００６０】
さらに、基板１０１の厚さに対し半分程度の深さ寸法を有する微細孔（凹部）αをレーザーアブレーションによって形成し、この内部にペースト状の導体を充填するので、スパッタ、メッキなどで形成した場合に比べ、微細化した場合でも、ピン１２３長を正確に設定することができる。したがって、信号の反射が最小となるような励振ピン長を正確に実現することが可能となる。すなわち、無線通信ＩＣから平面回路(伝送路)１２２を伝わってきたミリ波信号を損失なく効果的に伝送することが可能なモード変換器１００を製造することができる。
また、導体ペーストを充填してピン１２３を形成したため、ピン１２３が外力が作用した場合でも電気的に変形せず、入力インピーダンス整合を容易に維持することができる。
【００６１】
また、インピーダンス整合状況は、ピン１２３の直径にも左右されると考えられるが、エッチング条件によりピン１２３となる凹部αの径を調整できるので、高い調整能力を有する。
【００６２】
また、本実施形態の導波路１１０は、複数の基板を積層することで形成され、積層界面のランド構造によってピン１２３の途中でビア−ビアの接続をおこなう従来技術に比べ、単一基板１０１内に内在したピン１２３を形成できるので、導波路１１０内部でピン１２３の途中におけるランド構造が必要なく、ピンの径の変化による信号反射の悪影響も低減させることが可能である。
【００６３】
本実施形態の製造方法によれば、ピン１２３と狭壁１１０Ｂおよびショート壁１１０Ａとなる複数の導体柱１１４とを同時並行して形成することが可能なため、製造に必要なプロセス数を削減して工数を減らし、作業時間と製造コストを低減することが可能となる。
【００６４】
本実施形態の製造方法によれば、図８（ｅ）に示す基板１０１に形成されたポスト壁導波路構造と、図８（ｊ）に示す上基板１２４に形成された上部伝送構造とを、別々に形成しているため、ピン１２３の長さ等の調節をモード変換器１００製造後にすることが可能となる。
【００６５】
本実施形態によれば、平面回路が上基板１２４表面、つまりモード変換器１００の最表面に形成されており、モード変換器の外側から平面回路の形状調整（トリミング）を容易に行うことができる。例えば、ピン１２３を設計通りの長さで形成できず、所望の特性が得られなかったとしても、モード変換器１００を製造後に平面回路をトリミングすることにより、伝送特性の調整を行うことができる。
【００６６】
本実施形態によれが、基板１０１および上基板１２４にフレキシブル基板を用いているので、軽量で低損失な導波路が実現できる。同時に、可撓性を有することで、多彩な利用が可能となる。
【００６７】
上述した実施形態においては、図２に示すように、励振ピン１２３の径寸法を基端部１２３ｂから先端部１２３ａまで均一となるように設定したが、図９に示すように、側面が角度を有するように先端部１２３ａが基端部１２３ｂに比べて縮径するようにすることができる。この場合、凹部αの内部における金属付着効果を向上させて、シード層および銅メッキの導体膜１２１ａ、の形成および導電ペースト充填によるピン１２３の形成における確実性を向上することができる。
【００６８】
また、本実施形態においては、入力インピーダンス整合部として、伝送線路１２２、開放スタブ１２２ｂ、狭隘部１２２ａからなる平面回路を図３に示すような構成としたが、他の構成とすることもできる。
なお、開放スタブ１２２ｂは、伝送路１２２の片側だけに同じ張り出し長さを有するように設けた場合には、伝送路１２２の線路長が長くしたのと同等の効果を有する。また、開放スタブ１２２ｂは、伝送路１２２の延在する中心軸に対して対称に設けることが好ましい。また、伝送路１２２の両側で非対称とすることもできる。このように開放スタブ１２２ｂの形状・配置は入力インピーダンスとしてきわめて大きな効果を奏する。
【００６９】
また、本実施形態では、図１に示すように、導波路１１０の開口１０２の外側位置に基板１０１がある構成としたが、図１０（ａ）に示すように、基板１０１の端にまでスリット壁１４１を形成することもできる。この場合、ピン１２３の後ろ側が複数の導体柱１４０から構成される導波路１１０であるため、基板１０１に長孔β１を形成した場合でも、基板１０１が分離してしまうことがない。
このような構成により、電磁波進行方向の側壁が連続壁になっているため、導体の配置
が不連続であることによる電磁波姿態の乱れを防止することができる。
【００７０】
さらに、本実施形態においては、図１に示すように、導波路１１０を複数の導体柱１１４からなる狭壁１１０Ｂおよびショート壁１１０Ａを有するものとしたが、図１０（ａ）に示すように、平面視矩形であり、モード変換器から電波放射される開口１０２に対向するショート壁（後方壁）１１０Ａとなる辺は複数の導体柱１１４とし、また、ピン１２３から開口１０２に向かう方向に延在する２辺である狭壁１１０Ｂは、その方向に連続したスリット壁１４１とし、連続した孔β１を形成することもできる。このようにショート壁１１０Ａとなる辺を複数の導体柱１４０とすることにより、仮に、一部の導体柱において電気的にオープンとなる等の不具合が生じたとしても、残りの導体柱が広壁と接続されていれば、機能を維持することができる。また、狭壁ショート壁をスリット壁１４１とすることにより、導体柱よりも電磁波の漏洩を、さらに効果的に防止することができる。
【００７１】
また、このように長孔β１を形成した場合、多数の円柱を平面視して重なるように連続して形成した長孔β１とすることもできる。
さらに、矩形の導波路１１０のうち開口１０２以外の三辺を連続する長孔β２を形成してコ字状に連続するスリット壁１４２とするとともに開口１０２付近のみ離間した導体柱１４０を形成して導波路１１０が離間した状態とすることができる。  
【００７２】
また、図１０（ｂ）に示すように、矩形の導波路１１０のうち開口１０２以外の三辺にそれぞれ連続する孔β１，β３を形成し、対応したスリット壁１４１，１４３とするとともに、各辺の交わる部分には導体柱１４０を設けて、導波路１１０が離間した状態を形成することができる。
また、図１０（ｂ）に示すように、矩形の導波路１１０のうち開口１０２以外の三辺にそれぞれ連続する長孔β１、β３を形成し、対応したスリット壁１４１、１４３とするとともに、各辺の交わる部分には導体柱１４０を設けて、ショート壁１１０が離間した状態を形成することができる。この場合、不連続部がポスト1個分のみであるため、この不連続部における電磁波の姿態の乱れを最小限に抑えることでき、且つ、図１２に示した構造よりも機械的に安定した構造とすることができる。これらのように導波路１１０が離間して基板がモード変換器１００となる導波路１１０内部側と外側で連続した状態を形成することで、基板１０１が分離してしまうことがない。
【００７３】
また、図１０（ｃ）に示すように、開口１０２の外側に、ショート壁が広がった状態のスリット壁１４４設けることもできる。この場合、Ｈ面扇型ホーンアンテナを構成することができ、アンテナ利得を向上させることが可能となる。
【００７４】
これらのように、隙間のある導体柱１１４の一部をスリット壁１４１，１４２，１４３，１４４を有する構造とすることで、導波路１００を形成する広壁１１１，１１２間の狭壁１１０Ｂおよびショート壁１１０Ａの大部分をスリット壁１４１，１４２，１４３，１４４に置き換えることができる。これにより、従来よりも大幅に電磁波の漏洩を抑えることができ、アンテナの放射効率の向上や、導波路の放射損失の削減に貢献できる。また、スリット壁を採用することにより、すべてが導体柱１１４の場合よりも電流が流れる面積が大きくなるため、すべてのポスト壁１１４の場合に起こりうるポスト壁１１４と広壁１１１，１１２の電気的非導通による伝送モードの乱れ・破綻とそのリスクを大幅に軽減することが可能となる。
【００７５】
上述した実施形態においては、図１、図２に示すように、導体柱１１４の径寸法を広壁１１１から裏面の広壁１１２まで均一となるように設定したが、図１１（ａ）に示すように、角度θ５を有するように表面１０１ａから裏面１０１ｂに向かって縮径するようにすることができる。
この場合、微細孔βの内部における金属付着効果を向上させて、シード層、銅メッキの導体１２１ａの形成を確実におこなうことが可能となる。この場合、微細孔βの内部における金属付着効果を向上させて、シード層、銅メッキによる導体柱１１４の形成を確実におこなうことが可能となる。また、角度θ５を有することにより、微細孔αの内部における金属付着効果を向上させて、シード層、銅メッキによる広壁１１１の形成を確実におこなうことが可能となる。
【００７６】
さらに、図１１（ｂ）に示すように、角度θ６，角度θ７を有するように表面１０１ａから裏面１０１ｂに向けて縮径してから拡径するようにすることができる。角度θ６、角度θ７を有することにより、微細孔αの内部における金属付着効果を向上させて、シード層１２１ａ、銅めっきの広壁１１１の形成を確実におこなうことが可能となる。
【００７７】
本実施形態のモード変換器１００は、図１２に示すように、ミリ波通信モジュール用基板２００とすることができる。
ミリ波通信モジュール用基板２００は、モード変換器１００と、モード変換器１００の一例として上面側にフリップチップ接続された無線送受信機能素子を有する無線通信ＩＣ（半導体チップ）２１０を有している。ミリ波通信モジュール用基板２００は、導波路１００の形成された基板１０１表面に、ＧＮＤとなる広壁１１１および上基板１２４上の伝送路１２２が設けられるとともに、伝送路１２２と同階層とされる図示しない回路が設けられるとともに、伝送線路１２２終端のＧＳＧパッド１２５と無線通信ＩＣ（半導体チップ）２１０の端子２１１が接続される。ミリ波等の高い周波数では、寄生インダクタンスの影響が非常に大きくなるため、ワイヤボンドよりもバンプによる短距離実装が望ましい。
【００７８】
本実施形態のモード変換器１００は、また、図１３に示すように、ミリ波通信モジュール用基板２００Ａとすることができる。
図１３に示すミリ波通信モジュール用基板２００Ａが、図１２に示すミリ波通信モジュール用基板２００と異なる点は、ピン端子（接続部）１２３ｂがＧＳＧパッド１２５とされており、このピン端子１２３ｂに無線通信ＩＣ（半導体チップ）２１０の端子２１１が接続される。
これ以外の対応する構成には同一の符号を付して説明を省略する。また、ＧＮＤビア１２７に接続されるＧＮＤパッド１２６には、無線通信ＩＣ（半導体チップ）２１０の端子２１２が接続される。このように、伝送路１２２、開放スタブ１２２ｂ、狭隘部１２２ａ等を有しない平面回路とすることもできる。ミリ波通信モジュール用基板２００Ａでも、は、端子２１１，２１２は、ミリ波等の高い周波数において、寄生インダクタンスの影響が非常に大きくなるため、ワイヤボンドよりもバンプによる短距離実装が望ましい。
【００７９】
また、本実施形態の励振ピン構造１２０は、図３に示すように、マイクロストリップラインとされたが、図１４に示すように、コプレーナとすることもできる。この場合、ＰＷＡの上面ＧＮＤ層となる広壁１１１と同じ層に、信号線路１３２を形成する。
【００８０】
＜第２実施形態＞
以下、本発明に係るモード変換器の第２実施形態を図面に基づいて発明を説明する。
本実施形態において、上記の第１実施形態と異なるのは、ピン構造１２０に関する点、および製造工程に関する点である。
【００８１】
本実施形態のモード変換器１００は、図１５、図１６に示すように、単一の部材からなるガラス基板（基板）１０１、高周波信号伝搬用の平面回路（伝送路）１２２と、ピン（導体ピンともいう）１２３と、ショート壁であるグランド電位に接続された広壁１１１および１１２と、導波路１１０とを備えている。
単一の部材からなるガラス基板は、複数の基板を積層した積層基板、複合基板ではな
く、単一材料から構成されたガラス基板である。ガラス基板の代わりに、石英基板や半導体基板を用いてもよい。導波路１１０は、単一のガラス基板１０１の表裏面に設けられた広壁１１１、１１２と、これらの広壁１１１、１１２間に立設された複数のポスト壁である導体柱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が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となっている。
【００８２】
ピン１２３は、図１５に示すように、略均一な外径Ｈ１を有する円筒状である。ピン１２３は、ガラス基板１０１内に、ガラス基板１０１の表裏面に対して垂直に形成されている。そして、後述するように、先端１２３ａが広壁１１２と接触しないように長さ寸法Ｈ４が設定される。ピン１２３の基端１２３ｂ側は広壁１１１と同階層であるガラス基板１０１表面に、広壁１１１と同一材料からなるフランジ状のランド１２３ｃが周設される。平面視して円環状とされるランド１２３ｃの表面外縁部１２３ｄは、絶縁部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、伝送路１２２から延長されるとともに絶縁部１２４の厚さ方向に拡径する導体１２２ａによって伝送路１２２に接続される。ピン１２３の内側面（内面）は、導体１２２ａに接続された導体１２２ｂに覆われている。
【００８３】
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。
【００８４】
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、円筒状のピン１２３の中心部分が表面と同様の導体や、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。導体の形成方法には、めっき法を用いる方法などがある。
【００８５】
［導波路の製造方法］
図１５に示したモード変換器１００の製造方法について、図１６を用いて説明する。
図１６は、導波路の製造過程におけるガラス基板の要部を、製造工程の順に、段階的に示した正断面図である。
【００８６】
まず、準備工程として、図１６（ａ）に示すように、基材としてのガラス基板１０１を用意する。例えば、ウエハ状をした大面積のガラス基板であり、厚みは８５０μｍである。
【００８７】
［第一工程］
次いで、図１６（ｂ）に示すように、第一工程として、ガラス基板１０１にレーザー照射し、改質部α、改質部βを改質する。改質部αは、ピン１２３の長さＨ４に対応する所望の深さまで形成される。改質部βは複数の導体柱１１４に対応してガラス基板１０１を貫通するように形成され、かつ、改質部βは径寸法ｄを有するとともに、隣接する改質部βとの距離Ｘが直径ｄよりも小さくなるように形成される。ガラス基板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、レーザー光としては、パルス幅が２５０ｆｓのフェムト秒レーザーを用い、これを集光照射し、その焦点を走査することにより改質部を形成する。上記の改質部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。
【００８８】
［第二工程］
次いで、第二工程として、改質した改質部αおよび改質部βをエッチングにより除去する。このエッチング工程におけるエッチングは、容器（不図示）内に入れた所定の薬液中に改質部α、βを形成したガラス基板１０１を浸漬することにより行う。これにより、改質部αはガラス基板１０１の一方の主面（表面）１０１ａ側から、改質部βは、ガラス基板１０１の両主面から薬液によりウェットエッチングされ、ガラス基板１０１内から除去される。
【００８９】
その結果、図１６（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、微細孔α及び微細孔β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。第二工程におけるエッチングは、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の形状に起因した微細孔α、βを形成することができる。本実施形態においては、微細孔α、βの孔径は、製造する部分の用途に応じて、１０μｍ〜３００μｍの範囲で適宜設定することができる。
尚、上述した手法（レーザーによる基板改質と酸溶液を用いた改質部のエッチング）により形成される微細孔αは、その底部が図７（ａ）に示したように丸みを帯びた形状となる。したがって、微細孔αに形成されるピンは、図７（ａ）のように先丸形状となる。
【００９０】
［第三工程］
次いで、第三工程として、第二工程において形成した微細孔α及び微細孔β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１６（ｄ）に示すように、シード層１２１ａをガラス基板１０１の表面１０１ａおよび微細孔α、βの内部に形成するとともに、図１６（ｅ）に示すように、シード層１２１ｂをガラス基板１０１の他方の主面（裏面）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。
【００９１】
次いで、図１６（ｆ）に示すように、微細孔α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、ガラス基板の表面１０１ａで平面視して円環状をなしており、微細孔αおよびランド１２３ｃ部分を除いた開口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Ｈ３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。
【００９２】
次いで、図１６（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、微細孔αの内部および微細孔α周囲のランド１２３ｃとなるガラス基板の表面１０１ａに形成され、広壁１１１は、ガラス基板表面１０１ａの開口１１１ａ外側、導体柱１１４は微細孔βの内部に形成される。
さらに、ガラス基板１０１の裏面１０１ｂに形成されたシード層１２１ｂに広壁１１２を形成する。
【００９３】
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。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、微細孔α、βの内壁面を導体で覆い、且つ微細孔α、β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、微細孔α、βの内部を完全に充填してもよい。
【００９４】
次いで、レジスト剥離工程として、図１６（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エッチングをおこなう。これにより広壁１１１、ランド１２３ｃ、開口部１１１ａを形成する。
【００９５】
［第四工程］
次いで、第四工程として、図１６（ｊ）に示すように、広壁１１１上およびランド１２３ｃの外周部１２３ｄ上に絶縁部１２４を形成する。絶縁部１２４は、ピン１２３となる微細孔α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、平面回路（伝送線路）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。
微細孔α周辺の開口部１２４ａは、その径寸法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。
【００９６】
第四工程としては、まず、絶縁部１２４は、例えば液状の感光性樹脂をスピンコート法で広壁１１１および開口部１１１ａ部分のガラス基板の表面１１１ａ上に塗布する。次いで、フォトリソグラフィー法により微細孔α周辺の開口部１２４ａと、ＧＮＤビア１２７となる開口部１２４ｂとを除去し、絶縁部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０２ガスによるＲＩＥ（Reactive Ion Etching）プロセスの実施が大変有効である。
【００９７】
［第五工程］
次いで、伝送路１２２を形成する。図１６（ｋ）に示すように、シード層１２８を絶縁部
１２４の表面と、ランド１２３ｃの円環部１２３ｅ及び微細孔αの内部と、開口部１２４
ｂ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。
【００９８】
次いで、伝送路形成工程の前工程であるレジスト形成工程として、図１６（ｍ）に示すよ
うに、伝送路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、伝送路１２２となる部分およびＧＳＧパッド１２５、ＧＮ
Ｄ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。
【００９９】
次いで、伝送路形成工程として、図１６（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。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。
【０１００】
次いで、図１６（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路１２２を形成される。
【０１０１】
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をガラス基板１０１に形成することができる。
【０１０２】
本実施形態においては、上記の第１実施形態のように、距離Ｌｓがλｇ／２とされることで、同等の効果を奏することができるとともに、さらに、単一の部材からなるガラス基板１０１を用い、レーザー照射による改質でピン１２３となる改質部αの長さを設定できるので、ガラス基板１０１の厚み寸法以内であればどのような長さのピン１２３であっても形成することも可能である。したがって、従来のようにピンの長さが離散的とはならず、信号の反射が最小となるように最適なピン長を実現することが可能となる。すなわち、無線通信ＩＣから伝送路１２２を伝わってきたミリ波信号を、損失なく効果的に伝送することが可能なモード変換器を製造することができる。
【０１０３】
＜第３実施形態＞
以下、本発明に係るモード変換器の第３実施形態を図面に基づいて発明を説明する。
本実施形態において、上記の第１、第２実施形態と異なるのは、ピン構造１２０に関する点、および製造工程に関する点である。
【０１０４】
図１７は、本実施形態におけるモード変換器１００の構成例を、模式的に示す断面図である。
本実施形態において、ピン１２０は、図３に示すように、基板の一方の主面１０１ａから他方の主面１０１ｂまで貫通する第一貫通孔１０３の内壁（内壁面）１０３ａに、導体膜１２３ｆ、導体膜１２２ｆが、順に積層されてなる。ピン１２０は、第一貫通孔１０３を経由して、基板の両方の主面１０１ａ、１０１ｂを連通している。導体膜１２２ｆは、平面回路１２２から延設された膜である。
【０１０５】
導波路１１０は、第一基板（基板）の一方の主面１０１ａ、他方の主面１０１ｂにそれぞれ配された広壁１１１、１１２と、広壁１１１、１１２の間に立設し、両者を連結する複数の導体柱（ポスト）１１４とからなる狭壁１１０Ｂおよびショート壁１１０Ａで構成される。導体柱１１４は、第二貫通孔１０４とその内部に配された導体とによって構成されている。導体柱１１４の両端はそれぞれ広壁１１１、１１２に電気的に接続されている。
【０１０６】
複数の導体柱１１４は、第一基板１０１の平面視においてピン１２０をコの字に囲むことで狭壁１１０Ｂおよびショート壁１１０Ａを形成するように配されている。また、第一基板１０１の側面における一端１０１ｃ側には、導体膜や導体柱１１４は配されておらず、電磁波が放射される開口部１０２となっている。導体柱１１４は、モード変換器１００を動作させた際に、ピン１２０から放射された電磁波を、導波路１１０内に閉じ込める機能を有している。導体柱１１４を備えることにより、放射された電磁波を漏洩させることなく、所望の方向にのみ伝播させることができる。複数の導体柱１１４は、第一基板１０１の平面視において、略矩形をなす周縁部のうち、開口部１０２に対応する一辺を除いた三辺と平行に配列されている。この複数の導体柱１１４の配列は、ピン１２０から放射される電磁波を反射して外部に漏洩しないように設定されている。
【０１０７】
広壁１１１、１１２は、それぞれ銅等の導体によって構成され、電気的に接地された配線（ＧＮＤ）として機能する膜である。広壁１１１は、第一基板の一方の主面１０１ａにおける第一貫通孔の開口部１０３ｂの周縁部には設けられていない。この広壁１１１が設けられておらず、広壁１１１とピン１２０とを絶縁する領域が、アンチパッド１１１ａである。第一基板の他方の主面１０１ｂにおいても同様に、広壁１１２は、第一貫通孔の開口部１０３ｃの周縁部には設けられておらず、その広壁１１１が設けられていない領域が、所定の幅Ｈ４のアンチパッド１１２ａとなっている。
【０１０８】
なお、ここでのアンチパッド１１１ａは、第一基板の一方の主面１０１ａにおいて、第一貫通孔の開口部１０３ｂから外側に広がる、絶縁領域として定義されるものである。そして、アンチパッド１１２ａは、第一基板の他方の主面１０１ｂにおいて、第一貫通孔の開口部１０３ｃから外側に広がる、何も配されていない絶縁領域として定義されるものである。なお、アンチパッド１１１ａ、アンチパッド１１２ａとなる領域は、電気的な絶縁領域であればよく、例えば絶縁体が配された領域であってもよい。例えば、第一基板の一方の主面１０１ａ側に形成された絶縁部１２４や、第一基板の他方の主面１０１ｂ側に形成された絶縁部（図示せず、パッシベーションとも言う）によって、広壁１１１、１１２やアンチパッド１１１ａ、１１２ａが被覆されていてもよい。この絶縁部が形成されていることにより、広壁１１１、１１２やアンチパッド１１１ａ、１１２ａが異物付着や汚染などから保護される。また、本発明のモード変換器１００に対して直に接するように、他の基板を積層することができる。
【０１０９】
広壁１１１には略均一な厚さの絶縁部１２４が積層され、絶縁部１２４の外側表面上に伝送路１２２が形成されている。伝送路１２２は、少なくともアンチパッド１１１ａと重なるように設けられている。伝送路１２２は、その一端側がピン１２０の外部側端部に接続され、他端側が絶縁部１２４上のＧＳＧパッド１２５に接続されて、マイクロストリップラインとなっている。
【０１１０】
ピン１２０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、内部については、表面と同様の導体、空洞、あるいは、絶縁樹脂などで占有された構造とすることができる。ピン１２０は、図に示すように、第一貫通孔の内壁１０３ａに沿って形成されており、外径Ｈ１を有する円筒状である。したがって、曲げや捻じれの応力が加わることによって基板１０１が変形した場合に、ピン１２０もこれに追従して容易に変形することができ、過剰な応力が加わって破損するのを防ぐことができる。
【０１１１】
ピン１２０は、第一基板１０１の両方の主面（１０１ａ、１０１ｂ）に対して垂直に形成されている。第一基板１０１の一方の主面１０１ａ側におけるピン１２０の端部に、広壁１１１と同階層をなし、広壁１１１と同一材料からなるフランジ状のランド１２３ｃが周設される。第一基板１０１の平面視において円環状とされるランド１２３ｃの表面のうち外縁部１２３ｄは、絶縁部１２４によって覆われている。ランド１２３ｃの中央側の円環部１２３ｅの表面は、伝送路１２２から延長されるとともに絶縁部１２４の厚さ方向に拡径する導体１２２ａによって覆われている。
【０１１２】
図１７に示すように、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１２０の外径寸法Ｈ１は、Ｈ３＞Ｈ２＞Ｈ１となるように設定される。また、平面回路１２２、ピン１２０、広壁１１１、１１２、狭壁１１０Ｂおよびショート壁１１０Ａを構成する導体は、第一基板１０１または樹脂１２４の表面側から、チタン（Ｔｉ）またはクロム（Ｃｒ）からなる膜、銅（Ｃｕ）からなる膜を、順に積層してなる。これらの導体は、めっき法を用いて形成することができる。
なお、図１７においては、第一貫通孔１０３の長手方向の中心軸近傍が空洞となっている例を示したが、第一貫通孔１０３の内部がピン１２０を構成する導体によって充填されていてもよい。
【０１１３】
図１８は、図１７のモード変換器１００に対する他の構成例を示す、モード変換器の断面図である。図１７においては、第一貫通孔の内壁面１０３ａに沿ってピン１２０が形成
されており、第一基板の他方の主面１０１ｂ側に露出したピン１２０の露出面が、第一基
板の他方の主面１０１ｂと面一をなしている例を示したが、図１８に示すように、ピン１２０は、第一基板の他方の主面１０１ｂに延設されていてもよい。すなわち、ピン１２０は、第一貫通孔の開口部１０３ｃにおいて外側に広がる縁部（ランド）１２２ａを有していてもよい。
【０１１４】
このような構成にすることにより、第一基板の他方の主面３０１ｂにおいて、第一貫通
孔の内壁３０３ａとピン３２０との界面が露出しない構造となる。したがって、この界面からパーティクル等が侵入するのを防ぐことができる。
【０１１５】
本実施形態に係るモード変換器によれば、第一基板の他方の主面に配された広壁がグランド端子（ＧＮＤ）として機能する。そのため、第一基板の他方の主面においてピンの端部が、この広壁と電界結合し、ピンの入力インピーダンスは、ピンの端部と広壁との離間距離、すなわちアンチパッドのサイズによって変化することになる。したがって、アンチパッドのサイズを調整することによってピンの入力インピーダンスを、平面回路のインピーダンスと整合するように制御することができる。また、ピンの端部が第一基板の他方の主面において露出しており、ピンの端部と広壁とを電気絶縁させるアンチパッドが、基板の他方の主面に設けられている。そのため、ピンの端部と広壁との位置関係を容易に確認することができる。そして、アンチパッドのサイズを確認しながら調整（トリミング）して最適化することにより、入力インピーダンス整合された伝送路の実現が容易となる。
【０１１６】
アンチパッドのサイズの調整は、プロセス的に容易であり、微調整が可能であるため、平面回路とピンの入力インピーダンスを正確に整合させることができる。したがって、平面回路からピンに伝播した信号の反射損失は、アンチパッドのサイズを調整することによって正確に制御することができる。そして、アンチパッドを最適なサイズとすることにより、反射損失を著しく低減させることができる。
【０１１７】
［モード変換器の製造方法］
図１７に示したモード変換器１００の製造方法の一例について、図８を用いて説明する。
図１９は、モード変換器１００の各製造過程における要部断面を、製造工程の順に、段階的に示した図である。
【０１１８】
まず、図１９（ａ）を示すように、準備工程として、後述するレーザーが透過可能な透明度を有する、ガラス等からなる第一基板を準備する。
【０１１９】
次に、図１９（ｂ）に示すように、第二工程として、第一基板１０１の所定の位置にレーザーを照射することにより、改質部α、改質部βを形成する。改質部αは、第一基板１０１内部のピンが形成される位置において、第一基板の一方の主面から他方の主面まで、すなわち、第一基板１０１の厚さと等しい長さ分の領域に形成する。改質部βは、第一基板の導体柱が形成される位置において、第一基板の一方の主面から
他方の主面まですなわち、第一基板１０１の厚さと等しい長さ分の領域に形成する。
【０１２０】
なお、改質部βは径寸法ｄを有するとともに、隣接する改質部βとの距離Ｘが直径ｄよりも小さくなるように形成される。第一基板１０１は、例えばパイレックス（登録商標）からなるものとすることができ、レーザー光としてパルス幅が２５０ｆｓのフェムト秒レーザーを集光照射することにより改質部を形成する。上記の改質部α、βの寸法は、レーザー照射の条件により制御される。
【０１２１】
第一工程におけるレーザーの照射方法について説明する。第一基板１０１の改質したい箇所にレーザー光１２を照射するとともに、レーザー光１２の焦点１３を走査させる。この際、改質プロセスの進行に伴い、焦点１３に至るレーザー光１２の少なくとも一部が、先に形成された改質部、すなわちレーザー光１２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１２の焦点１３を走査する。具体的には、図１９（ｂ）に示す矢印の方向に、レーザー光１２の焦点１３を走査することにより第一基板１０１内部に改質部α、βを形成する。また、レーザー光１２の照射は、第一基板１０１の表面から内部に連続して、すなわち、一方の主面側から他方の主面側に向かって行うようにすると望ましい。
【０１２２】
一般的に、レーザー光による改質部は第一基板１０１よりも高屈折率であるが、改質部とその近傍の屈折率分布は僅かに不均一であるため、改質部を伝播する光はランダムに反射、屈折する。したがって、第一基板１０１の内部においては、レーザー光１２が集光部に伝播するまでに改質部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１２の少なくとも一部が改質部１４を伝播しないことにより、レーザー光１２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。
【０１２３】
次いで、図１９（ｃ）に示すように、第二工程として、改質部αおよび改質部βをエッチングにより除去する。ここでのエッチングは、容器（不図示）内に収容した所定の薬液中に改質部α、βが形成されたガラス基板１０１を浸漬することによって行う。これにより、改質部αおよび改質部βが、ガラス基板１０１の両側から薬液によりウェットエッチングされ、ガラス基板１０１の内部から除去される。
【０１２４】
その結果として、図１９（ｃ）に示すように、改質部αおよび改質部βが存在した部分に、第一貫通孔１０３および第二貫通孔１０４が形成される。本実施形態においては、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。
【０１２５】
なお、第二工程におけるエッチングは、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、これにより、改質部α、βの形状に起因した微細な第一貫通孔１０３、第二貫通孔１０４を形成することができる。本実施形態においては、微細な第一貫通孔１０３、第二貫通孔１０４の孔径は、製造する部分の用途に応じて、１０μｍ〜３００μｍの範囲で適宜設定することができる。
【０１２６】
次いで、第三工程の前工程である下地形成工程として、図１９（ｄ）に示すように、第一基板の一方の主面１０１ａ、第一貫通孔１０３および第二貫通孔１０４の内部にシード層１２１ａを形成するとともに、図１９（ｅ）に示すように、第一基板の他方の主面１０１ｂにシード層１２１ｂを形成する。シード層１２１ａ、１２１ｂは、いずれもスパッタリングによって形成することができ、ＣｒとＣｕの積層膜、またはＴｉとＣｕの積層膜などからな
り、厚みは１０ｎｍ〜５００ｎｍ程度であることが望ましい。
【０１２７】
次いで、第三工程の前工程であるレジスト形成工程として、図１９（ｆ）に示すように、シード層１２１ａ上における第一貫通孔の開口部１０３ｂに接続されるランドの形成領域の周囲に、めっきによるレジスト１１５ａを形成する。また、シード層１２１ｂ上における第一貫通孔の開口部１０３ｃと重なる領域の周囲に、めっきによるレジスト１１５ｂを形成する。
【０１２８】
第一基板の一方の主面１０１ａ側からの平面視において、レジスト１１５ａは円環状をなしており、第一貫通孔の開口部１０３ｂおよびランド１２３ｃ部分を除いたアンチパッド１１１ａに対応する領域を覆うよう形成される。また、第一基板の他方の主面１０１ｂ側からの平面視において、レジスト１１５ｂは円環状をなしており、第一貫通孔の開口部１０３ｃを除いたアンチパッド１１２ａに対応する領域を覆うように形成される。レジスト１１５ａの内径寸法Ｈ３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１１５ａ、１１５ｂ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。
【０１２９】
次いで、第三工程として銅めっきを行い、図１９（ｇ）に示すように、レジスト１１５に覆われた部分を除いたシード層１２１ａ、１２１ｂの表面に、めっき層を成長させる。以下では、第一基板の一方の主面１０１ａ側に形成されためっき層を広壁１１１、他方の主面１０１ｂ側に形成されためっき層を広壁１１２、第一貫通孔１０３の内部に形成されためっき層をピン１２０、第二貫通孔１０４の内部に形成されためっき層を導体柱１１４と表記する。めっき層の厚みは、少なくともミリ波帯の信号による表皮深さよりも厚いことが望ましい。６０ＧＨｚの高周波信号では、信号電流の表皮深さが２７０ｎｍであることから、２μｍ程度とすれば十分と考えられる。
【０１３０】
次いで、レジスト剥離工程として、図１９（ｈ）に示すように、レジスト１１５ａ、１１５ｂを剥離するとともに、残存するシード層１２１ａ、１１２ｂのエッチングを行う。これにより広壁１１１、ランド１２３ｃ、アンチパッド１１１ａ、１１２ａを形成する。
【０１３１】
次いで、第四工程として、図１９（ｊ）に示すように、広壁１１１上およびランド１２３ｃの外周部上に絶縁部１２４を形成する。絶縁部１２４は、第一貫通孔αの開口部とその周囲のランド１２３ｃの中央側の円環部１２３ｅよりなる部分、および、平面回路（伝送線路）１２２終端部のＧＮＤ接続ビア１２７となる部分と重なる部分において除去された開口部１２４ａ、１２４ｂを形成する。第一貫通孔１０３周辺の開口部は、その径寸法が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。
【０１３２】
第四工程において形成する絶縁部１２４は、感光性樹脂からなり、例えば液状のものをスピンコート法によって、広壁１１１および開口部１１１ａ部分の基板表面１１１ａ上に塗布する。次いで、塗布された感光性樹脂層をキュアする際に、フォトリソグラフィー法により第一貫通孔１０３周辺の開口部１２４ａと、ＧＮＤビア１２７となる開口部１２４ｂとを除去し、絶縁部１２４を形成する。
【０１３３】
なお、このフォトリソグラフィーによる樹脂除去工程時に、開口部１２４ａにおいて円環部１２３ｅ上の現像だけでは除去しきれない感光性樹脂残査が生じた場合、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となる。
【０１３４】
次いで、伝送路形成工程の前工程である下地形成工程として、図１９（ｋ）に示すように、シード層１２８を絶縁部１２４の表面と、ランド１２３ｃの円環部１２３ｅおよび孔α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、スパッタリングによって形成することができ、ＣｒとＣｕの混合物、ＴｉとＣｕの混合物などからなり、厚みは１０ｎｍ〜５００ｎｍ程度であることが望ましい。
【０１３５】
次いで、伝送路形成工程の前工程であるレジスト形成工程として、図１９（ｍ）に示すように、伝送路１２２となる部分以外のシード層１２８上に、めっきによるレジスト１２９を形成する。レジスト１２９は、伝送路１２２となる部分およびＧＳＧパッド（不図示）、ＧＮＤパッド（不図示）、ＧＮＤビア（不図示）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１１５ａ、１１５ｂと同等のものでよい。
【０１３６】
次いで、レジスト剥離工程として、図１９（ｐ）に示すように、レジスト１２９を剥離するとともに、残存するシード層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路１２２が形成される。
【０１３７】
以上の工程を経ることによって、図１７〜１９に示したモード変換器が得られる。なお、第一貫通孔および第二貫通孔を、上述したようにレーザーを用いて形成する場合には、第一基板を構成する部材が、レーザー光が透過可能なガラス等の部材に限定される。ただし、第一貫通孔および第二貫通孔は、ドライエッチングや、ドリル等による機械的な加工によって形成することも可能であり、この場合には、第一基板を構成する部材が限定されることはない。また、第一基板の他方の主面１０１ｂ側には、広壁１１２およびアンチパッド１１２ａを被覆するパッシベーション膜を形成しても良い。この絶縁部が形成されていることにより、広壁１１１、１１２やアンチパッド１１１ａ、１１２ａが異物付着や汚染などから保護される。また、本発明のモード変換器１００に対して直に接するように、他の基板を積層することができる。パッシベーション膜としては、例えばポリイミドやシリコーン樹脂などの絶縁樹脂を利用することができる。
【０１３８】
以上説明したように、本実施形態によれば、上述した実施形態と同様に、距離Ｌｓを設定することで、薄厚化に対応しても広帯域を維持することが可能であるとともに、さらに、ピンの入力インピーダンスを、基板の他方の主面に設けられたアンチパッドのサイズによって調整することができる。したがって、ピンを備えた第一貫通孔は少なくとも第一基板を貫通していればよく、その長さや、他の回路要素等に関する調整を行うことなく、反射損を抑制した信号伝送を実現してインピーダンス整合を取ることが可能となる。
【０１３９】
さらに、本実施形態においては、図２０、図２１に示すように、導体層１１２側におけるピン１２０の下端部分が拡径された拡径部１３３を有することができる。
【０１４０】
図２０に示す例においては、ピン１２０の下端部の拡径部１３３は、ほぼ等しい径寸法Ｈ８となるが、図２１に示す例においては、ピン１２０の下端部の径寸法Ｈ１から径寸法Ｈ８まで下端側に向かって円錐状に拡径する拡径部１３３とすることもできる。
なお、これら拡径部１３３の高さ寸法Ｈ９は、インピーダンス整合などのために適時設定することができる。
【０１４１】
＜実験例＞
以下、本発明に係る実験例について説明する。
【０１４２】
図２２は、本発明に係るモード変換器により薄型化を実現したプリント基板ポスト壁導波路（ＰＷＷ）のシミュレーションモデルである。
このタイプでは、プリント基板ポスト壁導波路（ＰＷＷ）１００の開口をそれぞれ対向して配置した状態とした。信号入出力ポートはマイクロストリップ線路１２２端のポート１２５、ポート１２５となっており、ピン端子１２３ｂを通じてマイクロストリップの伝送モード（ＴＥＭモード）は導波路の伝送モードであるＴＥ１０モードに変換される。ピン１２３中心間の距離は１０ｍｍと設定した。また、Ｌｓをλｇ／４およびλ／２として設定した。
【０１４３】
シミュレーションには３次元電磁界解析ソフトＨＦＳＳを用いた。なお、高周波回路設計においては、反射係数は−１５ｄＢ以下となることが望ましい。
【０１４４】
図２３は、図２２に示す幅広の接続部とされた平面回路を有するモード変換器に対応するシミュレーションモデルを用いたプリント基板ポスト壁導波路の反射係数のシミュレーション結果である。グラフにおいて、Ｓパラメータ、つまり、反射係数Ｓ１１が
Ｓ１１＜−１５ｄＢ
となる周波数領域を帯域と定義する。
また、図２４に基板厚さを変化させた場合のＬｓ、λ/4に、λ/2、Ｆ，広帯域設計可能か等を示した。
ここで、Fは  Ls_bestがλ/4に近いかλ/2に近いかを算出したFactorであり、F=1は同等である、F<1であればλ/2に近い、F<0であればλ/4に近い、ことを示す。
【０１４５】
この結果から、方形導波路１１０の反射面１１０Ａと、ピン（プローブ）１２３の中心との離間距離Ｌｓを、管内波長λｇの半分（λｇ／２）に設定することで、信号波長に対して薄い基板を用いた場合に大幅な広帯域化を実現できることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【０１４６】
本発明は、ミリ波帯を利用した数Ｇｂｐｓの高速大容量通信用のデバイスとして、広く適用することができる。
【符号の説明】
【０１４７】
１００・・・モード変換器、１０１・・・基板、
１０１ａ・・・表面、１０１ｂ・・・裏面、１１１ａ・・・開口部、
１１０・・・導波路、１１０Ａ・・・ショート壁、１１０Ｂ・・・狭壁、１１１，１１２・・・広壁、１１４・・・導体柱、１２０・・・励振ピン構造、１２２・・・平面回路（伝送路）、１２３・・・ピン、１２３Ａ・・・導体、１２４・・・上基板（フレキシブル基板）、１２３ｂ・・・ピン端子（接続部）、１２３ｃ・・・ランド、１２５・・・ＧＳＧパッド（高周波信号入力端子）、
１２６・・・ＧＮＤパッド、１２７・・・ＧＮＤビア、
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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