(57)【要約】【課題】母材に変形を生じさせることなく信頼性の高い接合が可能なアンテナ構造を提供する。【解決手段】積層型アンテナは、貫通口を有する複数の板状の導体と、隣接する２つの導体の間に存在し、両者を結合する合金層とを有する。合金層は、導体と、導体より硬度の低い第２の導体との合金である。この合金層は、母材となる所定形状の貫通口を形成した導体を、第２の導体層で被覆して形成された単層板を、積層し、加圧、加熱することで形成する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが所定形状の貫通口を有する複数の導体層と、
隣り合う前記導体層を接合する中間層と
を有し、
前記中間層が前記導体層を形成する導体よりも低硬度の低硬度導体と前記導体との合金である
ことを特徴とする積層型アンテナ。
【請求項２】
前記導体が第１の金属であり
前記低硬度導体が前記第１の金属より低硬度の第２の金属である
ことを特徴とする請求項１に記載の積層型アンテナ。
【請求項３】
前記第２の金属の融点が前記第１の金属の融点よりも低い
ことを特徴とする請求項２に記載の積層型アンテナ。
【請求項４】
前記第１の金属がＣｕであり、前記第２の金属がＡｕ−Ｓｎ合金またはインジウムである
ことを特徴とする請求項３に記載の積層型アンテナ。
【請求項５】
前記第１の金属がＣｕであり、前記第２の金属がＡｕを主成分とする金属である
ことを特徴とする請求項２に記載の積層型アンテナ。
【請求項６】
複数の導体層それぞれに対し所定形状の貫通口を形成し、
少なくとも半数の前記導体層の表面に前記導体層を形成する導体よりも低硬度の低硬度導体からなる低硬度導体層を形成し、
隣接する２つの前記導体層の間に前記低硬度導体層が配置されるように複数の前記導体層を積層し、
前記積層した複数の前記導体層を加圧および加熱して隣接する前記導体層の間に前記導体と前記低硬度導体との合金を形成する
ことを特徴とする積層型アンテナの製造方法。
【請求項７】
前記導体が第１の金属であり
前記低硬度導体が前記第１の金属より低硬度の第２の金属である
ことを特徴とする請求項６に記載の積層型アンテナの製造方法。
【請求項８】
前記第２の金属の融点が前記第１の金属の融点よりも低い
ことを特徴とする請求項７に記載の積層型アンテナの製造方法。
【請求項９】
前記第２の金属を溶融させて前記合金を形成する
ことを特徴とする請求項８に記載の積層型アンテナの製造方法。
【請求項１０】
前記第２の金属と前記第１の金属とを固溶化して前記合金を形成する
ことを特徴とする請求項７に記載の積層型アンテナの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層型アンテナ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高周波に対応した無線通信用アンテナの一つとして、積層型スロットアレイアンテナが適用されている。本アンテナは、電磁波を放射する複数のスロットアンテナ部と、給電された電磁波を複数に分岐し各スロットアンテナ部に導波する導波回路部から構成されている。そして、開口パターンが形成された複数の導体板を積層することで上記の構成を実現している。この時、層間の接合面に隙間があると、この隙間がスロットアンテナの役目をし、意図しない電磁ノイズを放射したり、電磁ノイズを受信したりする場合がある。このため、層間に隙間がないように積層を行わなければならない。隙間の無い接合を行う方法としては、ハンダ等の導電性物質で各導体板間を接合する方法や、拡散接合を用いて接合する方法などがある。拡散接合では、各層をなす母材を積層して、母材の融点以下の温度条件で加圧し、接合面間で相互の原子を拡散させる。このような拡散接合を用いた積層型スロットアンテナアレイの技術は、例えば特許文献１に開示されている。
【０００３】
しかしながら、一般的な拡散接合により積層したアンテナでは、導体板の開口パターン形状によっては接合時に塑性変形が生じ易い。また、塑性変形しないよう導体板積層時の加圧を下げた場合、導体間で隙間が発生し易い。従って、接合時の開口パターン形状の塑性変形、又は導体間の隙間により高いアンテナ特性を得ることが困難となる。
【０００４】
これら課題を解決するため幾つかのアンテナが提案されている。例えば、特許文献２には、Ａｌ系部材の表面にＡｇメッキ被膜と、Ｓｎメッキ被膜とを形成し、このＡｌ系部材を積層して接合する技術が開示されている。ここでは、Ａｇメッキ被膜の厚さを０．３〜１．５μｍ、Ｓｎメッキ被膜の厚さをＡｇメッキ皮膜の１／２以下とし、加圧・加熱することによって、接合部にＡｌ−Ａｇ−Ｓｎ相が形成され、変形やボイドの無い接合が可能であるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１７０９８９号公報
【特許文献２】特開２０１５−１５５１０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら特許文献２の技術では、母材のＡｌより接合部に用いるＡｇの方が高硬度であるため、接合時の加圧によって、母材の方に変形が発生しやすいという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、母材に変形を生じさせることなく信頼性の高い接合が可能なアンテナを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、本発明の積層型アンテナは、貫通口を有する複数の板状の導体と、隣接する２つの導体の間に存在し、両者を結合する合金層とを有する。合金層は、導体と、導体より硬度の低い第２の導体との合金である。この合金層は、母材となる所定形状の貫通口を形成した導体を、第２の導体層で被覆して形成された単層板を、積層し、加圧、加熱することで形成する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の効果は、母材に変形を生じさせることなく信頼性の高い接合が可能なアンテナ構造を提供できることである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態を示す部分断面図である。
【図２】積層型アンテナの一般的な構造の例を示す断面図である。
【図３】第２の実施形態の製造方法の工程の例を示す断面図である。
【図４】第２の実施形態の製造方法の別の工程の例を示す断面図である。
【図５】第２の実施形態の積層型アンテナを示す断面図である。
【図６】第２の実施形態の積層型アンテナの別の一例を示す断面図である。
【図７】第２の実施形態の積層型アンテナのさらに別の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。なお各図面の同様の構成要素には同じ番号を付し、説明を省略する場合がある。
【００１２】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態のアンテナ構造を示す断面図である。本実施形態の積層型アンテナは、貫通口１を有する複数の板状の導体層２と、隣接する２つの導体２の間に存在し、両者を接合する中間層３とを有する。ここでは貫通口１ａを有する導体層２ａと、貫通口１ｂを有する導体層２ｂとを中間層３で接合した構成を示している。
【００１３】
中間層３は、導体層２を形成する第１の導体と、第１の導体より硬度の低い第２の導体との合金である。この中間層３は、母材となる導体層２の接合側の面に第２の導体層を被覆した複数の単層板を形成して、これらを積層し、加圧、加熱することで形成する。第２の導体は、導体２より低硬度であるため、上記の加圧、加熱を行う際に、第２の導体が応力を吸収し、導体層２が変形することがない。すなわち、導体層２を変形させることなく、隣接する複数の導体層２を合金層で強固に結合することができる。
【００１４】
以上、説明したように、本実施形態によれば、母材に変形を生じさせることなく信頼性の高い接合が可能なアンテナを提供することができる。
【００１５】
（第２の実施形態）
図２は、一般的な積層型アンテナの分解図の一例を示す斜視図である。積層型アンテナは、３つの導体板４ａ、４ｂ、４ｃを積層して形成される。導体板４ａ、４ｂ、４ｃは、それぞれが所定形状の貫通口１ａ、１ｂ、１ｃを有している。この例では、例えば導体板４ａが放射板であり、導体板４ｂが導波路板であり、導体板４ｃが給電導波路板である。なお図示した積層型アンテナ構造は、あくまで一例であり、本実施形態は導体板の枚数や形状に制限されることなく、適用できる。
【００１６】
図３、図４、図５は、積層型アンテナの製造方法を示す断面図である。まず、図３（ａ）のように平板状の導体１１を用意する。次に図３（ｂ）のように所定形状の貫通口１２を形成する。次に、図３（ｃ）のように、導体１１に低硬度導体１３の被膜を形成する。この低硬度導体１３の被膜が形成された導体を単層板１０と呼ぶこととする。低硬度導体１３の被膜の形成は、電解めっき、無電解めっき、スパッタ法、蒸着法などによって行うことができる。この時、被膜の厚さを、導体１１の表面粗さよりも厚くする。なお、後述するように、低硬度導体１３は、導体１１よりも低硬度であるだけでなく、低融点であることが望ましい。
【００１７】
次に、形成した複数の単層板１０を積層するが、前処理として、表面の活性化処理を行う（図示なし）。活性化処理の方法としては、低真空アルゴンプラズマ処理や大気圧プラズマ処理、水素ラジカル処理など、表面の吸着物や酸化膜の除去が可能であれば種々の方法を採ることが出来る。また、各処理を組合せて表面の活性化を行ってもよい。
【００１８】
次に、図４に示すように、位置決め治具２０を用いて位置合せし積層する。図４の例では、６枚の単層板１０＿１−６を積層している。位置合せ方法としては、種々の方法を採ることが出来る。例えば、図４のように、位置決め治具２０に位置決めピン２１を配置し、また導体１１側に位置決め穴１５を配置する。なお図示はしていないが、積層時に、単層板１０同士も、同様の方法で位置合わせする。位置決めの方法は、位置決めピンと位置決め穴との嵌合に限らず、種々の周知の方法を用いることができる。例えば、突き当て部を位置決め治具２０に配置し、この突き当て部に導体１１を押し当て外形基準で位置合せしてもかまわない。そして、すべての単層板１０を積層したら、最後に積層された単層板１０＿１上におもり３０を配置する。
【００１９】
この状態で、全体を低硬度導体１３の融点以上の温度に加熱する。この加熱により、低硬度導体１３の全てを導体１１と反応させて合金層１４を形成する（図５）。その後、全体を室温まで冷却することでアンテナが完成する。各導体１１と該導体１１に接合し該導体１１と等しい断面形状を有する合金層１４とが、それぞれの機能を持つアンテナ要素１００となる。ここでは、１００＿１−６の６つのアンテナ要素１００が積層型アンテナを構成している。
【００２０】
上述のプロセスでは、低硬度導体１３を融点以上に加熱することによって、溶融した低硬度導体１３が導体１１の表面粗さをキャンセルして接合される。使用するおもり３０に関しては、加熱中に導体１１と低硬度導体１３、又は低硬度導体１３同士が接する程度の重さでよい。また、加熱条件としては、加熱中に低硬度導体１３が再酸化しないよう真空中や窒素雰囲気で行ってもよい。
【００２１】
なお図４、５の説明では、最下段と最上段の導体１１は、低硬度導体１３を被覆せず積層する製造方法を示しているが、特に限定するものではない。例えば、最上段と最下段の導体１１にも低硬度導体１３を被覆した場合は、完成形が図６のようになる。また、一層置きに低硬度導体１３を被覆した単層板１０を配置し、被覆の無い導体１１をその間に積層してもよい。この場合の完成形は、図７のようになる。
【００２２】
以上、説明したように本実施形態によれば、母材の導体を変形させることなく、合金層によって導体同士を強固にかつ隙間なく接合することができる。
【００２３】
以下、上記の実施形態に基づく具体的な積層型アンテナの例について説明する。なお、これらの例はあくまで一例であり、本実施形態の構成や製造方法は、これらの実施例に限られるものではない。
【００２４】
＜実施例１＞
図３、４、７を参照しつつ、上記の実施形態に従って、積層型アンテナを製造した実施例について説明する。
【００２５】
導体１１としてＣｕ（銅）、低硬度導体１３としてＳｎ比率９０％のＡｕＳｎ（金錫）はんだＡｕＳｎ９０を用いた。Ｃｕのビッカース硬度は約７０Ｈｖ、融点は１０８５℃であり、ＡｕＳｎ９０のビッカース硬度は約１５、融点２１７℃である。
【００２６】
まず図３のように、複数のＣｕ製の導体１１にそれぞれ所定形状の貫通口１２を形成した。次に、蒸着によって、低硬度導体１３となる厚さ２μｍのＡｕＳｎ９０を導体１１上に形成した。厚さを２μｍとしたのは、導体１１として用いているＣｕの表面粗さより大きくするためである。
【００２７】
次に、低硬度導体１３を導体１１に形成した各単層板１０に低真空アルゴンプラズマを用いた活性化処理を行った（図示なし）。この活性化処理により、表面の吸着物や酸化膜を除去した。なお活性化処理としては、大気圧プラズマ処理、水素ラジカル処理なども用いることができる。次に、図４のように各単層板１０を位置決めして積層し、おもり３０を乗せて、２４０℃で１時間加熱した。加熱により、ＡｕＳｎ９０が溶融してＣｕの表面粗さをキャンセルするとともに、ＡｕＳｎとＣｕが合金化し、合金層１４が形成される。そして全体を室温まで冷却することにより、単層板１０同士をボイドや隙間の無い状態で強固に接合することができた。なお上記の実施例では、低硬度導体１３としてＡｕＳｎ９０を用いたが、Ｃｕよりも低硬度かつ低融点である材料、例えばＩｎ（インジウム）なども使用することができる。
【００２８】
＜実施例２＞
本実施例では低硬度導体１３としてＡｕ（金）を用いた。Ａｕは、Ｃｕよりも低硬度であり、Ｃｕと全率固溶する。ただし、Ｃｕの融点は１０８５℃、Ａｕの融点は１０６４℃で、融点が近いため、実施例１のように低硬度導体を溶融させるのではなく、固溶化処理を行って合金化する。
【００２９】
まず貫通口を形成したＣｕ製の導体１１に厚さ２μｍのＡｕ蒸着膜を形成して単層板１０を作成し、低真空アルゴンプラズマ活性化処理を行った。次に、作成した複数の単層板１０を積層し、おもりを乗せて、６００℃、１時間加熱し、その後室温まで冷却した。こうして、金属間化合物型のＡｕ−Ｃｕ合金からなる合金層を作製し、導体を強固に接合したアンテナを作製した。
【００３０】
以上、上述した実施形態を模範的な例として本発明を説明した。しかしながら、本発明は、上記実施形態には限定されない。即ち、本発明は、本発明のスコープ内において、当業者が理解し得る様々な態様を適用することができる。
【符号の説明】
【００３１】
１、１２    貫通口
２    導体層
３    中間層
１０    単層板
１１    導体
１３    低硬度導体
１４    合金層
１００    アンテナ要素
【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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