(57)【要約】【課題】  誘電体層と導体膜とを積層した構造を持つアンテナ装置の性能を安定化させ、効率を改善する。【解決手段】  誘電率一定で表面が極平滑な純度９７％以上の高純度セラミック基板１００の一方の面上に、１以上のアンテナ電極１１２、１１２、…が設けられる。高純度セラミック基板１００の他方の面上に接地電極１１３が設けられる。接地電極１１３上に第１の誘電体膜１２０が設けられる。第1の誘電体膜１２０上に、アンテナ電極を制御するスイッチ回路などの電子回路１３２、１３２、…が設けられる。アンテナ電極１１２、１１２…上に、高誘電率の第２の誘電体膜１３０が設けられる。アンテナ電極１１２や接地電極１１３はＰＶＤ法で厚３μｍ以下に作成される。誘電体膜１２０、１３０はエアロゾルデポジション法で厚０．１ｍｍ以下、望ましくは１０μｍ以下に作成される【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の面から他方の面へ貫通する貫通孔をもつ高純度セラミック基板の一方の面に１以上の導体膜からなる１以上のアンテナ電極をＰＶＤ法により形成するステップと、
前記高純度セラミック基板の他方の面に導体膜からなる接地電極をＰＶＤ法により形成するステップと、
前記接地電極上に第１の誘電体膜をエアロゾルデポジション法により形成するステップと、
前記第１の誘電体膜上に導体膜からなるパターン配線をＰＶＤ法により設けるステップと、
前記アンテナ電極と前記パターン配線とを接続するための導体線を前記貫通孔内に形成するステップと
を備えたアンテナ基板の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の製造方法において、
前記高純度セラミック基板の純度が９５％以上であることを特徴とするアンテナ基板の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の製造方法において、
前記アンテナ電極上に第２の誘電体膜をエアロゾルデポジション法により形成するステップを更に備えることを特徴とするアンテナ基板の製造方法。
【請求項４】
請求項３記載の製造方法において、
前記第２の誘電体膜の誘電率を、前記セラミック基板及び前記第１の誘電体膜の誘電率よりも大きくすることを特徴とするアンテナ基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にはアンテナ基板の製造方法に関し、特に、マイクロストリップアンテナのように誘電体層と導体膜とを積層した構造を持つアンテナ装置、及びそのような構造のアンテナ装置のためのアンテナ基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の構造をもつアンテナ装置は、例えば特許文献１〜５などに開示されている。従来、この種のアンテナ装置の一般的な製造方法では、低温焼成セラミック基板(Low Temperature Co-Fired Ceramics)又は厚膜多膜セラミック基板が用いられ、セラミック基板と導体膜とが同時に焼成される。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−１０２７２１号公報
【特許文献２】特開平７−１２８４３５号公報
【特許文献３】特開平９−２１４２３８号公報
【特許文献４】特開２００３−１４２９１９号公報
【特許文献５】特開２００４−１５０９６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の一般的な製造方法では、セラミック基板と導体膜とが同時に焼成されるので、セラミックの焼成温度を導体膜の焼成温度（例えば、８００〜９００℃程度）まで下げる必要があり、その目的で、セラミックス基板に不純物が添加される。しかし、不純物の混入率の変動により、セラミックス基板の誘電率が製品ごとに異なっている。セラミックス基板の誘電率が製品ごとに異なると、アンテナ装置の性能又は特性において製品間にばらつきが生じるという問題がある。例えば、複数のアンテナ電極のアレイをセラミックス基板上に有するアレイタイプのアンテナ装置の場合、アンテナ電極間の電流位相差や電波干渉の特性が、製品ごとに異なってくるので、一定の電波放射パターンをもつアンテナ装置を安定して製造することが困難である。
【０００５】
また、不純物が添加されたセラミックス基板では、焼成過程で発生するガスの影響で、基板の表面にボイドが発生する。そのため、導体膜の絶縁又は防水などのための誘電体膜を基板表面上に形成する場合、その誘電体膜の膜厚をボイドの凹凸に影響されないよう十分に厚くしなければならない。しかし、誘電体膜の膜厚が厚いと、特に波長の短い１０ＧＨｚ以上の帯域では損失が大きくなったりアンテナに給電する電波の位相がずれたりし、高効率のアンテナを形成することができないという問題がある。
【０００６】
従って、本発明の目的は、誘電体層と導体膜とを積層した構造を持つアンテナ装置の性能又は特性を安定させることにある。
【０００７】
本発明の別の目的は、上記構造のアンテナ装置の効率を改善することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に従うアンテナ基板の製造方法は、一方の面から他方の面へ貫通する貫通孔をもつ高純度セラミック基板の一方の面に１以上の導体膜からなる１以上のアンテナ電極をＰＶＤ法により形成するステップと、高純度セラミック基板の他方の面に導体膜からなる接地電極をＰＶＤ法により形成するステップと、接地電極上に第１の誘電体膜をエアロゾルデポジション法により形成するステップと、第１の誘電体膜上に導体膜からなるパターン配線をＰＶＤ法により設けるステップと、アンテナ電極とパターン配線とを接続するための導体線を貫通孔内に形成するステップとを備える。
【０００９】
本発明の製造方法によると、アンテナ電極及び接地電極のベースとなる誘電体基板として、高純度セラミック基板が用いられる。高純度セラミック基板は、不純物の含有量が極めて少ない（例えば、数％以下）ため、製造ロットに関係なく、どの製品も一定の誘電率を有する。そのため、複数のアンテナ電極が並んだアレイタイプのアンテナ装置であっても、アンテナ電極間の位相差や電波干渉の特性において、ロット間でのばらつきがなく、よって、一定の電波放射パターンをもったアンテナ装置を安定した製造することができる。また、高純度セラミック基板の場合、一般に高圧下で成形，焼成されるため、基板表面にボイドの発生が無く、その表面は非常に平らである。そのため、第１の誘電体膜の膜厚を従来よりも薄くできるので、波長の短い１０ＧＨｚ以上の帯域であっても損失やアンテナに給電される電波の位相ずれの問題が低減する。よって、より高効率のアンテナを提供することができる。
【００１０】
高純度セラミック基板の純度は、９５％以上であることが望ましく、９７％以上であれば特に好ましい。すなわち、セラミック基板の誘電率は、その純度（１００％−不純物含有率）に応じて変化するが、純度が９５％以上の範囲では、純度に応じてはあまり変化しなくなり、セラミック材料そのものがもつ誘電率とほぼ一致するようになる。特にセラミック基板の純度が９７％以上であれば、セラミック材料そのものの誘電率と同一とみなすことができる。よって、このような純度を高純度セラミック基板を用いることが望ましい。
【００１１】
また、第１及び第２の誘電体膜は、エアロゾルデポジション法（ＡＤ法）により形成される。ＡＤ法は、ほぼ数μｍ以下のセラミック微粒子をガス中に分散させたエアロゾルを対象物に向けて噴射して衝突させることで、衝突の衝撃で対象物の表面上にセラミック微粒子からなる薄膜を形成する方法である。このＡＤ法によると、スパッタ法や溶射法などに比べ、より短時間に緻密な厚膜体を形成できるので、製造能率が良い。また、内部応力の小さくて耐久性があり剥離しがたい誘電体膜を形成することができるので、アンテナ装置の耐久性が向上する。
【００１２】
また、アンテナ電極や接地電極はＰＶＤ法（物理的蒸着法）により形成される。ＰＶＤ法によれば、アンテナ電極や接地電極を、電波の伝わる最低厚み程度の薄い膜厚（例えば３μｍ以下）で形成することが可能である。アンテナ電極や接地電極がこの程度に薄ければ、その上に形成される誘電体膜は、１０μｍ以下の薄い膜厚であっても、絶縁効果が得られる。このように誘電体膜が薄ければ、アンテナ装置から放射される電波の誘電体膜での減衰量が小さくなり、効率が向上する。
【００１３】
また、セラミック基板のアンテナ電極とは反対側にパターン配線が形成される。そのため、アンテナ電極に高周波電力を供給するための発振回路や、アンテナ電極に流れる高周波電流を制御するための電子回路なども、セラミック基板のアンテナ電極とは反対側のパターン配線上に配置することができる。その結果、アンテナ装置の小型化が容易であるとともに、発振回路電子回路による電波放射パターンの変形が発生せず、よって、高効率で高品質な電波ビームを放射できるアンテナ装置を提供することが一層容易である。
【００１４】
また、セラミック基板を貫通する貫通孔を通る導体線により、アンテナ電極と反対側のパターン配線とを接続しているので、線路長を最小化でき、線路のインピーダンスの影響を低減できるので、このことも、アンテナ装置の性能の安定化と高効率化に寄与する。
【００１５】
アンテナ電極上に形成される第２の誘電体膜は、その誘電率がセラミック基板及び第１の誘電体膜の誘電率よりも大きい材料製、例えばチタニア系の酸化物（チタン酸バリウム等）製が望ましい。このようにアンテナ電極上に高誘電率の誘電体膜を形成すると、アンテナ電極が大気に開放されている場合に比べて、アンテナ電極を伝わる高周波の波長短縮が発生する。その結果、アンテナ装置の面積の小型化が可能になり、或いは、同一面積でアンテナ電極のより高集積化が可能になり、よって、より高出力、狭指向性をもったアンテナ電極が提供可能になる。そして、例えば物体センサの部品としてアンテナ装置を利用する場合、センササイズはアンテナ装置の寸法に依存する為、センサの小型化や省電力化が可能である。また、発振パワーを小さく出来るので、高調波の発生を抑制でき、他装置への干渉のないセンサを提供することが容易になる。
【発明の効果】
【００１６】
従って、本発明によれば、誘電体層と導体膜とを積層した構造を持つアンテナ装置の性能又は特性を安定させることができる。
【００１７】
また、本発明によれば、上記構造のアンテナ装置の効率を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を説明する。
【００１９】
図１から図３は、本発明の一実施形態にかかるアンテナ基板の製造方法の手順を示す断面図である。
【００２０】
まず、図１Ａに示すように、所定のサイズに加工された高純度セラミック基板１００(例えば、高純度のアルミナ（Ａｌ2Ｏ3））基板）が用意される。この高純度セラミック基板１００の純度は、望ましくは９５％以上、特に望ましくは９７％以上である。ここで、セラミック基板の誘電率は、その純度（１００％−不純物含有率）に応じて変化するが、純度が９５％以上の範囲では、純度に応じてはあまり変化しなくなり、セラミック材料そのものがもつ誘電率とほぼ一致するようになる。特にセラミック基板の純度が９７％以上であれば、セラミック材料そのものの誘電率と同一とみなすことができる。また、高純度セラミック基板の場合、焼成過程でのボイドの発生がないので、その表面は非常に平らである。
【００２１】
その後、図１Ｂに示すように、高純度セラミック基板１００の所定位置に、一方の面から他方の面へ貫通する貫通孔１０２、１０２、…が形成される。図１Ａ又は図１Ｂの段階で、高純度セラミック基板１００の焼成は終わっている。すなわち、高純度セラミック基板１００の焼成は、高純度セラミック基板１００単体で、純粋なセラミック材料に適した高い焼成温度（例えば１６００℃程度）で行われる。
【００２２】
その後、図１Ｃに示すように、高純度セラミック基板１００の表裏両面上に、アンテナ電極及び接地電極になるべき導体膜１０８、１１０が形成される。導体膜１０８、１１０の形成過程では、まず、セラミック基板１００との密着性の良い導体、例えばチタン又はクロムなどの極薄の下地膜１０４、１０６が形成され、その下地膜１０４、１０６上に導電率の良い導体、例えば銅又は銀などの主膜１０８、１１０が形成される。下地膜１０４、１０６は、導体膜１０８、１１０と高純度セラミック基板１００との密着性を高めるために機能する。
【００２３】
導体膜１０８、１１０は、望ましくは、アンテナ電極や接地電極に必要最小限の厚さ、例えば、３μｍ以下の厚さに形成される。導体膜１０８、１１０の形成方法としては、ＰＶＤ法（例えば、スパッタリングやイオンブレーティングなど）が使用される。ＰＶＤ法によれば、導体膜１０８、１１０を上述した３μｍ以下というように非常に薄く形成することが容易である。また、高純度セラミック基板１００の表面が非常に平滑であることも、導体膜１０８、１１０をそのように非常に薄く形成することを可能にする。
【００２４】
その後、図１Ｄに示すように、表裏両側の導体膜１０８、１１０にエッチングが行われる。エッチングより、表側の導体膜１０８は、複数のアンテナ電極１１２、１１２、…に加工される。また、裏側の導体膜１１０は、接地電極１１３と、後に発振回路の高周波出力端子と接続するためのパターン配線１１４とに加工される。
【００２５】
その後、図２Ａに示すように、接地電極１１３上に、第１の誘電体膜１２０が形成される。第１の誘電体膜１２０には、後に発振回路を入れるための凹部又は穴部１１６、及び後に電子回路(スイッチ回路）と接地電極１１３との接続線が通される貫通穴１１８などが形成される。第１の誘電体膜１２０は、例えば低誘電率のアルミナなどのセラミックの薄膜である。第１の誘電体膜１２０の形成方法にはエアロゾルデポジション法（ＡＤ法）が使用される。ＡＤ法によれば、他の成膜法に比べ、より短時間に緻密な厚膜体を形成できるので、製造能率が良い。また、ＡＤ法によれば、内部応力の小さくて耐久性があり剥離しがたい誘電体膜を形成することができるので、アンテナ装置の耐久性が向上する。
【００２６】
ここで、ＡＤ法について若干説明する。
【００２７】
ＡＤ法とは、ほぼ数μｍ以下のセラミック微粒子をガス中に分散させたエアロゾルを対象物に向けて噴射して衝突させることで、衝突の衝撃で対象物の表面上にセラミック微粒子からなる薄膜を形成する方法である。その具体的な方法例を示すと、次のとおりである。すなわち、例えば真空乾燥により十分に吸着水分を除去した、平均一次粒子径が０．６μｍ以下のアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）のセラミック超微粒子粉体を用意し、このセラミック超微粒子粉体をヘリウムガスのような不活性ガスと混合してエアロゾルを生成する。このエアロゾルをノズルより成膜対象物（例えば、図２Ａに示す接地電極１１３の表面）に向けて２００〜３００ｍ／ｓの音速又は亜音速で噴射する。亜音速から超音速での運動エネルギーを得たエアロゾル中のセラミック超微粒子は、対象物表面に衝突する。その衝撃のエネルギーでセラミック超微粒子は細かく破砕されて、平均結晶子径が１０ｎｍ以下の微細断片粒子になり、対象物の表面に物理的に接着したり、互いが接着接合したりして、緻密質なセラミック膜を形成する。そのセラミック膜の緻密度は９９％以上となり空隙はほとんど存在しない。
【００２８】
再び図２を参照する。図２Ａに示すように第１の誘電体膜１２０が形成された後、図２Ｂに示すように、第１の誘電体膜１２０上に、導体膜１２４が形成される。この導体膜１２４も、図１Ｃに示した導体膜１０８、１１０の形成過程と同様に、ＰＶＤ法により、チタン又はクロムなどの極薄の下地膜１２２を形成し、その上に銅又は銀などの主膜１２３を重ねることで形成される。このとき、第１の誘電体膜１２０の表面上だけでなく貫通孔１１８内にも導体膜１２４が形成され、貫通孔内の導体膜１２４は接地電極１１３に接続する。
【００２９】
その後、図２Ｃに示すように、第１の誘電体膜１２０上の導体膜１２４にエッチングが施され、それにより、導体膜１２４は、後に電子回路(スイッチ回路）と接続されることになるパターン配線１２６、１２６、…に加工される。
【００３０】
その後、図３Ａに示すように、セラミック基板１００と第１の誘電体膜１２０を貫通している貫通穴１０２、１０２、…内に、ＰＶＤ法により、導体膜１２８、１２８、…が形成される。これらの導体膜１２８、１２８、…は、対応するアンテナ電極１１２、１１２、…と対応するパターン配線１１４、１２６、１２６、…を接続する。
【００３１】
その後、図３Ｂに示すように、全てのアンテナ電極１１２、１１２、…の表面を含む高純度セラミック基板１００の表側の表面のほぼ全領域上に、第２の誘電体膜１３０が形成される。第２の誘電体膜１３０は、例えば高誘電率のセラミックなどの薄膜である。第２の誘電体膜１３０の形成方法にも、エアロゾルデポジション法（ＡＤ法）が使用される。ＡＤ法によれば、他の成膜法に比べ、より短時間に緻密な厚膜体を形成できるので、製造能率が良い。また、ＡＤ法によれば、内部応力の小さくて耐久性があり剥離しがたい誘電体膜を形成することができるので、アンテナ装置の耐久性が向上する。
【００３２】
また、第２の誘電体膜１３０の誘電率は、高純度セラミック基板１００や第１の誘電体膜１２０の誘電率に比べて、できるだけ高いことが好ましく、例えば比誘電率１００〜２００強程度の材料が利用できる。このように高誘電率の第２の誘電体膜１３０が存在すると、セラミック基板１００上でのマイクロ波の波長λｇが、第２の誘電体膜１３０がない（アンテナ電極１１２の表面が空気に触れている）場合より短くなる。その結果、アンテナ電極１１２の小型化およびアンテナ電極１１２間スペースの縮小が図れ、アンテナ装置の小型化が図れる。このことは、特に、アンテナ電極１１２の個数を多い場合に有利である。また、第２の誘電体膜１３０の厚さは、上述の利点を奏すると共に放射パワーをできるだけ減衰させないようにするために、できるだけ薄い、例えば０．１〜０．２ｍｍ以下、更に好ましくは１０μｍ以下が好ましい。
【００３３】
その後、図３Ｃに示すように、発振回路１３４が、第１の誘電体膜１２０の凹部又は穴部１１６内に所定位置に取り付けられて、その端子が対応するパターン配線１１４、１１４、…に接合される。この発振回路１３４は、少なくとも１つの特定のアンテナ電極１１２に高周波電力（例えば、１０．５２５ＧＨｚ、２４．１５ＧＨｚ又は７６ＧＨｚなどの特定周波数の高周波電力）を供給するためのものである。発振回路１３４は、周囲の他の装置に影響を及ぼさないようにするための電磁シールドケースの中に収容されている。
【００３４】
また、電子回路（例えばスイッチ回路）１３２、１３２、…が、第１の誘電体膜１２０上の所定位置に取り付けられて、その端子が対応するパターン配線１２６，１２６、…に接合される。電子回路１３２、１３２、…は、少なくとも１つの特定のアンテナ電極１１２に流れる高周波電流を制御するためのものである。
【００３５】
ここで、発振回路１３４又は電子回路１３２、１３２、…は、ＩＣチップ又はチップ素子でもよいし、或いは、パターン配線１１４、１１４、…又は１２６、１２６、…上にプリントパターン配線板を重ね合わせて作成されてもよいし、或いは、パターン配線１１４、１１４、…又は１２６、１２６、…上にＰＶＤ法で形成されてもよい。ＰＶＤ法で発振回路１３４又は電子回路１３２、１３２、…を作製した場合、発振回路１３４又は電子回路１３２、１３２、…を非常に薄く形成できるので、発振回路１３４又は電子回路１３２、１３２、…からアンテナ電極１１２、１１２、…までの線路長が短くでき、線路での損失や位相変化を最小化できるため、アンテナ装置の性能や効率が向上する。
【００３６】
以上説明したアンテナ基板の製造方法によれば、誘電率が一定で且つ表面が非常に平らである高純度セラミック基板１００上にアンテナ電極１１２、１１２、…及び接地電極１１３を形成するので、一定の特性の電波放射パターンをもったアンテナ装置を安定した製造することができ、また、より高効率のアンテナ装置を提供することができる。また、セラミック基板１００を貫通する貫通孔１０２、１０２、…を通る導体線１２８、１２８、…により、アンテナ電極１１２、１１２、…と反対側のパターン配線１１４、１２６、１２６、…とを接続しているので、その接続の線路長を最小化でき、線路のインピーダンスの影響を低減できるので、このことも、アンテナ装置の性能の安定化と高効率化に寄与する。
【００３７】
また、アンテナ電極１１２、１１２、…をＰＶＤ法で形成するので、アンテナ電極１１２、１１２、…を、電波の伝わる最低厚み程度の薄い膜厚（例えば３μｍ以下）で形成することが容易である。アンテナ電極１１２、１１２、…がこの程度に薄ければ、その上に形成される第２の誘電体膜１３０は、１０μｍ以下の薄い膜厚であっても、絶縁効果が得られる。このように第２の誘電体膜１３０が薄ければ、アンテナ装置から放射される電波の第２の誘電体膜１３０での減衰量が小さくなり、効率が向上する。
【００３８】
また、接地電極１１３もＰＶＤ法で形成するので、その膜厚も最小限にすることが容易であるため、第１の誘電体膜１２０による電波の損失や位相変化を最小化でき、また、アンテナ電極１１２、１１２、…とパターン配線１１４、１２６、１２６、…間の線路長も最小化できるので、その線路のインピーダンスの影響も最小化され、高精度のアンテナ装置が実現できる。
【００３９】
また、第１及び第２の誘電体膜１２０、１３０をエアロゾルデポジション法（ＡＤ法）で生成するので、製造能率が良く、また、誘電体膜１２０、１３０の強度が向上する。
【００４０】
以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は本発明の説明のための例示にすぎず、本発明の範囲をこの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱することなく、その他の様々な態様でも実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施形態にかかるアンテナ基板の製造方法の手順を示す断面図。
【図２】本発明の一実施形態にかかるアンテナ基板の製造方法の手順（図１の手順に後続する手順）を示す断面図。
【図３】本発明の一実施形態にかかるアンテナ基板の製造方法の手順（図２の手順に後続する手順）を示す断面図。
【符号の説明】
【００４２】
１００…高純度セラミック基板、
１１２…アンテナ電極、
１１３…接地電極、
１２０…第１の誘電体膜、
１３０…第２の誘電体膜、
１２６…パターン配線
１２８…スルーホールタイプの導体線
１３２…電子回路（スイッチ回路）
１３４…発振回路
【図１】
2006203010.tif 000003
【図２】
2006203010.tif 000004
【図３】
2006203010.tif 000005