(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のシリコン単結晶基板上に異方性エッチングにより方形状の第１、第２のくぼみを設け、前記第１、第２のくぼみの底面及び側面にグランド面として導体を積層し、入出力線路として第１、第２のコプレナ線路を設け、グランド面として導体を積層した第２の誘電体基板と前記第１のシリコン基板とを前記第１、第２のくぼみを覆うように接合したことにより形成される第１、第２の空洞共振器を有し、前記第２の誘電体基板上に設けたグランド面の一部に、前記第１のコプレナ線路と前記第１の空洞共振器と結合するための第３のコプレナ線路と、前記第１、第２の空洞共振器間を結合する第４のコプレナ線路と、前記第２のコプレナ線路と前記第２の空洞共振器と結合するための第５のコプレナ線路とを設けたことを特徴とするミリ波モジュール。
【請求項２】
請求項１記載のミリ波モジュールを用いたことを特徴とする無線装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はミリ波またはマイクロ波を用いた高周波のモジュールおよびこれを用いた無線装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、異方性エッチングによるシリコン基板を用いたミリ波導波路としては、１９９６年ＩＥＥＥ  ＭＴＴ−Ｓダイジェスト７９７頁から８００頁に記載されたものが知られている。
【０００３】
図９に従来のミリ波導波路の構造を示す。９０１のシリコン基板に二酸化珪素９０２（ＳｉＯ２）を積層し、その上にマイクロストリップ線路９０３を形成している。シールド構造を得るために金属を積層したキャリア基板９０４とマイクロマシン加工されたシリコン基板９０５とを用いて、９０１のシリコン基板を挟み込むような構造でシールドされたマイクロストリップ線路を形成している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このミリ波導波路においては、マイクロストリップ線路を二酸化珪素で支えて中空に浮いた状態のため、ＭＭＩＣなど他のミリ波部品を実装したモジュール化が困難である。また、強度の面でも課題がある。また、マイクロマシンによる加工を２枚のシリコン基板に施し、強度を得るためにかなり厚い二酸化珪素膜を形成する必要があるために、加工のプロセスが複雑になるという課題がある。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するものであり、低損失のフィルタやＭＭＩＣ等が混載したミリ波モジュールを簡便な加工で実現し、安価なミリ波およびマイクロ波を用いた無線装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明は、第１のシリコン単結晶基板上に異方性エッチングにより方形状の第１、第２のくぼみを設け、前記第１、第２のくぼみの底面及び側面にグランド面として導体を積層し、入出力線路として第１、第２のコプレナ線路を設け、グランド面として導体を積層した第２の誘電体基板と前記第１のシリコン基板とを前記第１、第２のくぼみを覆うように接合したことにより形成される第１、第２の空洞共振器を有し、前記第２の誘電体基板上に設けたグランド面の一部に、前記第１のコプレナ線路と前記第１の空洞共振器と結合するための第３のコプレナ線路と、前記第１、第２の空洞共振器間を結合する第４のコプレナ線路と、前記第２のコプレナ線路と前記第２の空洞共振器と結合するための第５のコプレナ線路とを設けたことを特徴とするミリ波モジュールとしたものである。
【０００７】
これにより、簡便な加工法で、低損失を実現したフィルタとＭＭＩＣを混載したミリ波モジュールが得られる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、第１のシリコン単結晶基板上に異方性エッチングにより方形状の第１、第２のくぼみを設け、前記第１、第２のくぼみの底面及び側面にグランド面として導体を積層し、入出力線路として第１、第２のコプレナ線路を設け、グランド面として導体を積層した第２の誘電体基板と前記第１のシリコン基板とを前記第１、第２のくぼみを覆うように接合したことにより形成される第１、第２の空洞共振器を有し、前記第２の誘電体基板上に設けたグランド面の一部に、前記第１のコプレナ線路と前記第１の空洞共振器と結合するための第３のコプレナ線路と、前記第１、第２の空洞共振器間を結合する第４のコプレナ線路と、前記第２のコプレナ線路と前記第２の空洞共振器と結合するための第５のコプレナ線路とを設けたことを特徴とするミリ波モジュールであり、空洞共振器の高Ｑ特性から、低損失のフィルタが実現できるとともに、他のＭＭＩＣ等との接続も容易にできるという作用を有する。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載のミリ波モジュールを用いたことを特徴とする無線装置であり、簡便な加工法により形成したミリ波モジュールを用いることにより安価な無線装置を実現できるという作用を有する。
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図８を用いて説明する。
【００１１】
（実施の形態１）
図１は本実施の形態におけるミリ波モジュールの構造概念図を示し、図１（ａ）は断面図、図１（ｂ）は斜視図である。図１において、１０１はシリコン基板、１０２は異方性エッチングによるくぼみ、１０３はくぼみ内に積層したグランド金属層、１０４は空気、１０５は実装のための金マイクロバンプ、１０６はミリ波ＭＭＩＣ、１０７はガラス基板、１０８はコプレナ線路、１０９はマイクロストリップ型フィルタの金属配線、１１０はＭＭＩＣにバイアスを供給するためのバイアスパッドである。
【００１２】
このような構造とすることで、マイクロストリップ型フィルタの電界のほとんどは、誘電体損がない空気層１０４ａに集中するため、フィルタの低損失化が実現できる。
【００１３】
また、フリップチップ実装するミリ波ＭＭＩＣの直下にもシリコン基板１０１にくぼみ１０２ｂを設けて、能動素子の間近を空気層１０４ｂとするため、フリップチップ実装することによる特性劣化を抑えることができる。
【００１４】
さらに、ガラス基板１０７とＭＭＩＣ１０６との接続をコプレナ線路とすることで、シリコン基板１０１のプロセス工程を簡略化できる。
【００１５】
そして、このように簡易な方法で作製されたミリ波モジュールを用いることにより、安価な無線装置を実現することができる。
【００１６】
なお、本実施の形態として、フィルタとＭＭＩＣの構成を示したが、複数のフィルタやＭＭＩＣを様々に組み合わせてもよい。また本実施の形態では、くぼみの加工を異方性エッチングとしたが、ドライエッチング加工による方法でも同様の形状が得られることは言うまでもない。
【００１７】
（実施の形態２）
図２は本実施の形態におけるミリ波モジュールの構造概念図を示し、図２（ａ）は断面図、図２（ｂ）は表面及び裏面の状態図である。図２において第１の実施の形態と異なるのは、ガラス基板１０７の裏面にグランド面１１１を設け、グランド面をスルーホール１１２を介してシリコン基板１０１のグランドと接続している点であり、それ以外の符号については図１と同様である。
【００１８】
このような構造とすることで、マイクロストリップ型フィルタ１０９の近傍に発生する電界が、上下のグランド１０３ａと１１１に囲まれてシールドされることにより、電界の放射による損失劣化を抑えることができるとともに、本発明のミリ波モジュールを筐体に実装する際に、筐体によるフィルタ特性への影響を防ぐことができる。
【００１９】
そして、このように簡易な方法で作製されたミリ波モジュールを用いることにより、安価な無線装置を実現することができる。
【００２０】
（実施の形態３）
図３は本実施の形態におけるミリ波モジュールの断面構造の概念図を示す。図３において第１の実施の形態と異なるのは、シリコン基板の代わりとして、方形状の穴を設けた第１のセラミック基板２０１ｂ、２０１ｃと、穴を設けない第２のセラミック基板２０１ａを貼り合わせることで、第３のセラミック基板を形成し、シリコン基板と同様のくぼみ形状を形成した点である。くぼみの底面にはそれぞれグランド層として２０３ａ、２０３ｂをそれぞれ積層し、このくぼみにより空気層２０４が形成される。それ以外の符号については図１と同様である。
【００２１】
このような構造とすることで、第１の実施の形態と同様の効果を安価なセラミック基板を用いて実現できる。
【００２２】
また、本実施の形態において、第１のセラミック基板として２０１ｂ、２０１ｃの２層構造を示しており、このような構造とすることで、空気層の厚さを２０４ａでは２層分、２０４ｂでは１層分とすることが容易に可能であり、必要に応じて空気層の厚さを変化させることができる。
【００２３】
なお、本実施の形態においては、第３のセラミック基板２０１を３層構造としたが、４層以上の構成でも同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００２４】
そして、このように簡易な方法で作製されたミリ波モジュールを用いることにより、安価な無線装置を実現することができる。
【００２５】
（実施の形態４）
図４は本実施の形態におけるミリ波モジュールの断面構造の概念図を示す。図４において第３の実施の形態と異なる点は、穴を設けない第１のセラミック基板２０１ａと穴を設けた第２のセラミック基板２０１ｂとの接合面にグランド面２０５を設け、くぼみの底面に設けたグランド面２０３ｂとグランド面２０５の間をスルーホール２１０で接続し、ガラス基板１０７とＭＭＩＣ１０６との間をコプレナ線路でなくマイクロストリップ線路で接続できようにした点である。それ以外の符号については、図３と同様である。
【００２６】
このような構造とすることで、コプレナ線路とマイクロストリップ線路の変換部がなくなり、設計性が向上する。
【００２７】
そして、このように簡易な方法で作製されたミリ波モジュールを用いることにより、安価な無線装置を実現することができる。
【００２８】
（実施の形態５）
図５は本実施の形態におけるミリ波モジュールの断面構造の概念図を示す。図５において第４の実施の形態と異なる点は、穴を設けないセラミック基板の代わりとして、アルミや真ちゅうなどの導電性金属２０６を用いた点である。それ以外の符号については、図４と同様である。
【００２９】
このような構造とすることで、簡素な構造で第４の実施の形態と同様の効果が得られる。
【００３０】
そして、このように簡易な方法で作製されたミリ波モジュールを用いることにより、安価な無線装置を実現することができる。
【００３１】
（実施の形態６）
図６は本実施の形態におけるミリ波モジュールの構造概念図を示し、図６（ａ）は断面図、図６（ｂ）は斜視図である。図６において、３０１はガラス基板、３０２はシリコン基板、３０３は異方性エッチングにより設けたくぼみ、３０４はくぼみ内に積層したグランド金属層、３０５は空気、３０６は実装のための金マイクロバンプ、３０７はミリ波ＭＭＩＣ、３０８はコプレナ線路、３０９はマイクロストリップ型フィルタの金属配線、３１０はＭＭＩＣにバイアスを供給するためのバイアスパッドである。
【００３２】
このような構造とすることで、第１の実施の形態と同様に、空気層３０５を絶縁層としたマイクロストリップ型フィルタが実現でき、フィルタの低損失化が実現できる。
【００３３】
また、フリップチップ実装するミリ波ＭＭＩＣ３０７の直下のガラス基板３０１に方形状の穴３１１を設ければ、能動素子の間近を空気とするため、フリップチップ実装することによる特性劣化を抑えることができる。
【００３４】
そして、このように簡易な方法で作製されたミリ波モジュールを用いることにより、安価な無線装置を実現することができる。
【００３５】
（実施の形態７）
図７は本実施の形態におけるミリ波モジュールの構造概念図を示し、図７（ａ）は断面図、図７（ｂ）は斜視図である。また、図８は図７のミリ波モジュールに使用するガラス基板の表面構造を示す概念図である。図７において、４０１はシリコン基板、４０２は異方性エッチングにより設けたくぼみ、４０３はくぼみ内に積層したグランド金属層、４０４は空気、４０７はガラス基板、４０８ａ、４０８ｂはシリコン基板４０１上に設けた第１、第２のコプレナ線路、４０９ａ、４０９ｂはそれぞれガラス基板上に設けた第３、第４のコプレナ線路、４１０はガラス基板４０７上に設けた第５のコプレナ線路配線である。４１１はシリコン基板４０１とガラス基板４０７上のグランド金属を取り除いた窓である。
【００３６】
くぼみ４０４とガラス基板上に形成されたグランド金属とで閉じ込められた空間は、くぼみ４０４の一辺を自由空間の波長の２分の１近傍の周波数で共振する、空洞共振器として作用する。この空洞共振器の間をガラス基板上に設けた第５のコプレナ線路配線４１０で結合し、また入出力を第３、第４のコプレナ線路４０９で空洞共振器と結合し、シリコン基板４０１上の入出力線路となる、第１第２のコプレナ線路４０８ａ、４０８ｂと接続することで、入出力がコプレナ線路構造の空洞共振器フィルタが実現する。
【００３７】
空洞共振器はＱ値が高いため、低損失のフィルタが実現できる。また、シリコン基板４０１とガラス基板４０７は、各々のグランド配線上に設けた窓４１１どうしを陽極接合することにより実現するために、空気層４０４の高さ方向の精度が高く、目的とする共振周波数が精度よく実現できる。
【００３８】
さらに、入出力がコプレナ構造であるため、ＭＭＩＣなどの他の部品との接続も容易に実現できる。
【００３９】
そして、このように簡易な方法で作製されたミリ波モジュールを用いることにより、安価な無線装置を実現することができる。
【００４０】
なお、本実施の形態ではシリコン基板４０１とガラス基板４０７の接合方法を陽極接合としたが、他の実施の形態に示した金マイクロバンプを用いた実装法を用いてもよいことは言うまでもない。
【００４１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、簡易な加工法で準平面的な構造上に低損失のフィルタが実現でき、ＭＭＩＣ等との接続も簡易にでき、小型化と高性能化の双方を満足したミリ波モジュールとそれを用いた無線装置が安価でできるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の一実施の形態によるミリ波モジュールの断面構造図
（ｂ）本発明の一実施の形態によるミリ波モジュールの斜視概念図
【図２】（ａ）本発明の一実施の形態によるミリ波モジュールの断面構造図
（ｂ）本発明の一実施の形態によるミリ波モジュールに使用するガラス基板の表面及び裏面の構造図
【図３】本発明の一実施の形態によるミリ波モジュールの断面構造図
【図４】本発明の一実施の形態によるミリ波モジュールの断面構造図
【図５】本発明の一実施の形態によるミリ波モジュールの断面構造図
【図６】（ａ）本発明の一実施の形態によるミリ波モジュールの断面構造図
（ｂ）本発明の一実施の形態によるミリ波モジュールの斜視概念図
【図７】（ａ）本発明の一実施の形態によるミリ波モジュールの断面構造図
（ｂ）本発明の一実施の形態によるミリ波モジュールに使用するシリコン基板の斜視概念図
【図８】本発明の一実施の形態によるミリ波モジュールに使用するガラス基板の表面の構造図
【図９】従来のミリ波導波路の断面構造図
【符号の説明】
１０１、３０２、４０１  シリコン基板
１０２、３０３、４０２  くぼみ
１０３、１１１、２０３、２０５、３０４、４０３  グランド面
１０４、２０４、３０５、４０４  空気層
１０５、３０６  マイクロバンプ
１０６、３０７  ＭＭＩＣ
１０７、３０１、４０１、４０７  ガラス基板
１０８、２０８、３０８、４０８、４０９、４１０  コプレナ線路
１０９、３０９  マイクロストリップ型フィルタパターン
１１０、３１０  バイアスパッド
１１２、２１０  スルーホール
２０１ａ  方形状の穴を有しないセラミック基板
２０１ｂ、２０１ｃ  方形状の穴を有するセラミック基板
２０６  導電性金属
３１１  穴
４１１  窓
【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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