(57)【要約】高周波回路のためのテクスチャーをもつ誘電体基板（４００）を製造するための方法。本方法は、複数の誘電体基板材料を選択するステップ（１０４）を含みうる。該誘電体基板材料のそれぞれは、他のどの誘電体基板材料の電気的性質の組み合わせとも異なる、明確に区別される電気的性質の組み合わせまたはセットをもつ。それぞれ明確に区別される電気的性質のセットをもつ、少なくとも二つの型の明確に区別される領域からなるテクスチャーをもつ基板パターン（１０６）が選択される。ここでそれぞれの明確に区別される領域は関心のある周波数における波長よりもずっと小さな大きさである。前記誘電体基板材料（２０２、２０４）は、前記選択されたパターンの明確に区別される諸領域と調和する大きさおよび形にカットされ、複数の誘電体片（２０６、２０８）を形成する。誘電体片は前記選択されたパターンに従ってベース板（３０２）上に配列されて、テクスチャーをもつ誘電体基板を形成する。
2007509591.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波回路のための、テクスチャーをもつ誘電体基板を製造するための方法であって：
複数の誘電体基板材料を選択し、該複数の誘電体基板材料のそれぞれは、前記誘電体基板材料の残りのものとは異なる、明確に区別される電気的性質のセットをもち、
それぞれ明確に区別される電気的性質のセットをもつ、少なくとも二つの型の明確に区別される領域からなるパターンを選択し、ここでそれぞれの明確に区別される領域は関心のある周波数における波長よりもずっと小さな大きさであり、
前記複数の誘電体基板材料のそれぞれを前記選択された領域と調和する大きさおよび形にカットして誘電体片を形成し、
前記誘電体片を前記パターンに従ってベース板上に選択的に配列し、関心のある周波数での、前記明確に区別される電気的性質のセットのおのおのと異なる、少なくとも一つの実効的電気的性質をもつ前記のテクスチャーをもつ誘電体基板を形成する、
ステップを有することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記配列ステップがさらに、前記パターンに従ってベース板上に前記誘電体片の単層を形成することをさらに含むことを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記テクスチャーをもつセラミック誘電体基板上に少なくとも一つの高周波回路要素をスクリーン印刷するステップをさらに有することを特徴とする、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記配列ステップに先立って前記ベース板の上に接着層を付けるステップをさらに有することを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記接着層を加熱ステップにおいて硬化させるステップをさらに有することを特徴とする、請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記テクスチャーをもつ誘電体基板上に少なくとも一つの高周波回路要素をスクリーン印刷するステップをさらに有することを特徴とする、請求項４記載の方法。
【請求項７】
前記テクスチャーをもつ誘電体基板上に少なくとも一つの高周波回路要素をスクリーン印刷するステップをさらに有することを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記テクスチャーをもつセラミック誘電体基板の表面を研磨するステップをさらに有することを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記テクスチャーをもつセラミック誘電体基板上に少なくとも一つの高周波回路要素をスクリーン印刷するステップをさらに有することを特徴とする、請求項７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
アンテナを含む高周波（RF）回路は一般に誘電体基板上に実現される。この目的のために一般に使われる材料としては、市販の低温および高温共焼成セラミック（low  and  high  temperature  cofired  ceramics）（LTCC,  HTCC）が含まれる。たとえば、デュポン（Dupont）（登録商標）からの低温共焼成の９５１グリーンテープ（Green  Tape）（商標）は金および銀に適合性があり、熱膨張係数（TCE:  thermal  coefficient  of  expansion）に関して許容できる機械的性質をもち、比較的強度もある。厚さは114μmから254μmの範囲で入手可能で、高周波回路板も含めハイブリッド回路、マルチチップ・モジュール、シングルチップ・パッケージおよびセラミックプリント配線板における絶縁層としての使用のために設計されている。他のメーカーからも同様の製品が入手可能である。
【０００２】
LTCC基板システムは一般にセラミックと導体の多くの薄層を組み合わせる。個々の層は典型的にはセラミック／ガラスのフリットから形成され、それが結合材を用いてまとめられ、シートに成型される。シートは通例未焼成すなわち「青い」（green）状態のロールとして届けられる。それでそのような材料は一般に「青いテープ」（green  tape）と呼ばれるのである。テープの層上に導体をスクリーン印刷して高周波回路要素、アンテナ要素および伝送線路を形成することができる。その際、同じ型のテープの二つ以上の層が窯内で焼成される。焼成工程は焼成前の部品をあらゆる方向に縮める。したがって、どのモジュールでも一貫した結果が得られるよう、すべての材料層が精密な、よく規定された仕方で縮むことがきわめて重要である。
【０００３】
高周波基板として一般に使われるその他の物質としては、グラスファイバー、ガラス繊維およびセラミックのテフロン（登録商標）（Teflon）PTFE（PolyTetraFluoroEthylene［ポリテトラフルオロエチレン］）複合材が含まれる。そのような製品はさまざまなメーカーから市販されている。たとえば米国アリゾナ州チャンドラーのロジャーズ社（Rogers  Corporation）はそのような製品を、製品番号5880、6002および6010LMを含む商品名RT/デュロイド（RT/duroid）のもとに提供している。LTCC材料とは異なり、これらの種類の基板は一般に使用できるようになる前に焼成ステップを必要としない。その代わり、片面に伝導性の金属接地面が形成された硬質の板材の形で提供される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
アンテナ設計過程の成熟のため、新しいアンテナの継続的な改良を最も制限するのは基板材料の選択となっている。しかし、新材料の開発はさまざまな理由から困難であることが立証されてきた。一つの理由は、他の点では申し分のない多様な材料に付随する物理的性質の、単一の誘電体合成物において組み合わせる上でのある種の不適合性に関するものである。しばしば、熱膨張係数、諸材料の化学的性質または材料の焼結性が互いに調和しない。たとえば、グリーンテープ（商標）のような異なる型の焼成前セラミックは一緒に焼成するとうまくいかないが、これはさまざまな異なる種類の材料の化学的および物理的性質が異なるためである。
【０００５】
それでも、さまざまな理由から新材料は必要とされている。そのような理由の一つは、市販されている誘電体基板材料において提供されている特定の電気的性質の多様性が限られていることに関係している。アンテナまたはその他の高周波回路設計を実現しようとする設計者はしばしば材料の限界に制約される。たとえば、ある特定の例では、誘電率、透磁率または損失正接がある特定の値をもつ基板部分の上にアンテナアレイを実装することが望ましいことがある。こうした電気的性質に対する要求は形状因子、電気的性能またはその他の設計上の問題に関係してくることがある。いずれにせよ、現在利用可能な基板材料の限られた選択は、好ましくは避けうるべき設計上の妥協を要求することがある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、高周波回路のためのテクスチャーをもつ誘電体基板を製造するための方法に関わる。本発明は、複数の誘電体基板材料を選択するステップを含みうる。該誘電体基板材料のそれぞれは、他のすべての誘電体基板材料の電気的性質の組み合わせとは異なる、明確に区別される電気的性質の組み合わせまたはセットをもちうる。たとえば、二つの誘電体基板材料は、誘電率、透磁率または損失正接といった少なくとも一つの電気的性質の値に関して互いに異なることがありうる。それぞれ明確に区別される電気的性質のセットをもつ、少なくとも二つの型の明確に区別される領域からなるパターンが選択されうる。ここでそれぞれの明確に区別される領域は好ましくは関心のある周波数における波長よりもずっと小さな大きさである。
【０００７】
その後、前記誘電体基板材料のそれぞれが、前記選択されたパターンの明確に区別される諸領域と調和する大きさおよび形にカットされ、複数の誘電体片を形成することができる。最後に、誘電体片は前記選択されたパターンに従って選択的にベース板上に配列されて、テクスチャーをもつ誘電体基板を形成することができる。これはコンピュータ制御されたピックアンドプレース機を使って達成されることができる。
【０００８】
前記配列ステップに先だって好ましくは接着層がベース板の上に置かれる。接着層はその後、たとえば加熱ステップにおいて硬化させることができる。さらに、少なくとも一つの高周波回路要素が前記テクスチャーをもつ誘電体基板上にスクリーン印刷されることができる。こうして形成された前記テクスチャーをもつ誘電体基板は、関心のある周波数において、個々の誘電体材料に付随する電気的性質の明確に区別されたセットのどれとも異なる、少なくとも一つの実効的電気的性質をもつことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
コンピュータによるモデル化によって、テクスチャーをもつ基板を作成することによってテーラーメードの電気的性質をもつ誘電体基板が実現できることが示されている。テクスチャーをもつ基板は、該基板内に形成された明確に区別される領域の幾何学的なパターンをもつ。明確に区別される諸領域は、互いに異なる誘電率、透磁率または損失正接といった電気的性質をもちうる。前記パターンおよび前記明確に区別される領域の大きさは電気的に小さいので、正味の効果は、実際には明確に区別される各領域の性質の混合である実効的誘電的性質をもつように見える基板である。コンピュータによるモデル化は、テクスチャーをもつ基板材料は将来の設計のために大いに有望であることを示唆しているものの、テクスチャーをもつ基板材料の製造のための好適な方法の利用可能性がこの手法の商業ベースの可能性を制限してきた。図１〜６との関連で記載される本発明は、テーラーメードの電気的性質をもつテクスチャーをもつ基板を製造するための工程に関わるものである。
【００１０】
この工程を図解するフローチャートが図１に示されている。そこに図示されているように、工程はステップ１０２において、形成されるべき基板のために所望される一つまたは複数の実効的電気的性質を選択することによって開始されうる。これらは、限定するわけではないが、誘電率、透磁率および損失正接の実効値を含みうる。ステップ１０４では、それぞれが明確に区別される電気的性質をもつ複数の異なる種類のバルクな基板ボード材料が選択される。ここで使われる「バルク」の用語は、大きさが比較的大きな、すなわち関心のある周波数での波長程度よりも大きな材料をいう。
【００１１】
ステップ１０６では、工程は、それぞれが前記選択されたバルクな誘電ボード材料に対応する明確に区別される電気的性質のセットをもち、関心のある周波数での波長よりずっと小さな、少なくとも二つの種類の明確に区別される領域を含む基板パターンの選択に進む。関心のある特定の周波数帯でのテクスチャーのある基板の実効的電気的性質の結果を予言する能力は、コンピュータによるモデル化および最適化の進展によってつい最近実用的になった。一般に、前記のパターン選択は、特定の実効的電気的性質を得るためにパターンとして組み合わされるべき二つ以上の異なる種類の誘電体の大きさ、形および配置を選ぶことを含みうる。
【００１２】
当業者は、ステップ１０４と１０６の順序はある種の状況では逆にすることができ、本発明は図１に示された順序に限定されることを意図したものでないことを認識するであろう。特に、使うことのできる可能な基板テクスチャーパターンの数は、市販されているバルクな誘電体ボード基板の数をはるかに上回る。よって、多くの場合において、まずステップ１０４においてバルクな誘電体ボード基板を選択するほうが好都合でありうる。その後、所望の混合効果を与えるために好適な基板パターンがステップ１０６で決定できるのである。
【００１３】
ここで使われているところでは、電気的性質は、誘電率、透磁率および損失正接を含めて誘電体に一般的に関連付けられるいくつかの電気的特性のうちのいずれをも含む。「実効的な電気的性質」という言い方は、ここで記載されている工程を用いて製造されるテクスチャーをもつ誘電体材料が示す特性を明示するために使われる。テクスチャーをもつ基板の実効的な電気的性質は、該テクスチャーをもつ基板が形成されるもとのバルクな誘電体ボード材料のバルクな電気的性質とは区別されるべきものである。
【００１４】
ここで図１および図２を参照すると、本工程はステップ１０８において、前記二つ以上の異なる種類のバルクな誘電体ボード材料シート２０２、２０４のそれぞれを好適なホルダーまたはカセット内に位置させることに進みうる。ある好ましい実施形態によれば、誘電体ボード材料は、完成した基板の所望の誘電体厚さにだいたい等しいかわずかに厚い厚さをもつよう選択されうる。誘電体ボード材料シート２０２、２０４とするのに使用できる市販の材料は、広範な異なる種類の市販の複合材のうちのいかなるものをも含みうる。たとえば、グラスファイバー、ガラス繊維およびセラミックのテフロン（登録商標）PTFE（ポリテトラフルオロエチレン）複合材をこの目的に使うことができる。そのような製品は、米国アリゾナ州チャンドラーのロジャーズ社を含むさまざまなメーカーから市販されている。ロジャーズ社から発売されているバルクな誘電体ボードのいくつかの特定の型としては、製品番号5880、6002および6010LMのRT/デュロイドが含まれる。しかし、本発明はいかなる特定の基板ボード型にも材料にも限定されるものではない。
【００１５】
図２が示すように、誘電体ボード材料の二枚のシート２０２、２０４は自動的に切断、すなわちさいの目状にカットされて多数の小さな誘電体片２０６および２０８となる。図３はカット工程完了後、各片がベース上に置かれていくときのシート２０２、２０４の上面図である。各片の大きさおよび形は好ましくはステップ１０６において決定されたテクスチャーまたはパターンに一致するよう選ばれる。しかし、一般に誘電体片は、完成した基板が使われることになるデバイスにとって関心のある波長に対して電気的に小さくあるべきである。たとえば、誘電体片の典型的な長さと幅は波長の1/10から1/50程度の間の範囲にありうる。ただし、本発明がそれに限定されるものでないことは理解しておくべきである。また、便宜上、図３の誘電体片２０６、２０８が正方形の形をもつものとして示されていることが注目されるかもしれないが、本工程はそれに限定されるものではなく、より複雑で込み入った形状も可能であることを理解しておくべきである。たとえば、限定するわけではないが、形状は三角形、長方形、鋸歯パターン、インターディジット・パターン、インターロック十字などをなしうる。
【００１６】
誘電体片２０６、２０８を形成するために使用される自動化された切断装置は、入力材としてシート２０２、２０４を与えられうる。ここで、各辺が１インチから６インチ程度の間の大きさの誘電体ボード材料シートが好都合でありうるが、本発明はそれに限定されるものではない。シート２０２、２０４は米国ペンシルヴェニア州ウィロー・グローヴのキューリック＆ソファ（Kulicke  &  Soffa）から発売されているモデル番号984-6のようなダイシング鋸を用いて自動的に切断されることができる。ここに記載したような精密自動化された鋸は、より一般的にはシリコン半導体デバイスの切り離しのために使われているが、グラスファイバー、ガラス繊維またはセラミックの複合材に適切な刃を具備すれば、本工程にとりわけ好適となる。
【００１７】
完成した基板を形成するためにパターンをなして集成されたときに誘電体片２０６、２０８の間の空隙が最小となるよう、シート２０２、２０４を非常に精密な仕方でカットすることが望ましい。基板の厚さに依存するが、数ミル以上の空隙は完成した基板の実効的電気的特性に変動を引き起こすことがある。一般に、カット工程の精度は誘電体片の間の空隙が完成した基板の全体的な厚さの10%程度を超えないように選択される。カット後、誘電体片２０６、２０８のセットは前記カセットまたはホルダー中に残っていてもよいし、あるいは当該誘電体片を秩序だった仕方で一時的に安定させるための担持媒体を作るための粘着フィルムに付着させることもできる。いずれにせよ、誘電体片２０６、２０８のセットは好ましくは、工程の次のステップでの集成のためのピックアンドプレース機が各誘電体片に効率的に届くことができるようにするのに好適な仕方で安定させられる。
【００１８】
ステップ１１１では、接着層３０４がベース板３０２に付けられうる。ベース板３０２は、当該基板の所望の構成に依存していかなる好適なベース材料でもよい。たとえば、ベース板は、当該基板の一面に接地面を与えることが望まれる場合には導体であることができる。あるいはまた、ベース板は半導体または誘電体材料で形成されることもできる。接着層３０４は電子グレードのエポキシ接着フィルムであることができる。ベース板３０２が導体であれば、伝導性のタイプのエポキシ接着フィルムを選択することが有利であることがある。たとえば、接着フィルムは、70%の銀粒子をもつ銀充填エポキシでありうる。
【００１９】
ステップ１１２では、誘電体片２０６、２０８が、選択されたテクスチャーまたはパターンに基づいてベース板３０２上に配置される。図３では、この工程の開始が、二つの誘電体片２０６、２０８が交互パターンで接着層３０４の上に置かれたところを用いて示されている。このステップのためには市販のコンピュータ制御のピックアンドプレース機を用いることができる。そのような装置はさまざまなソースから得られる。誘電体片２０６、２０８のピッキングアンドプレーシングに要求される精度は、関心のある周波数における高周波の波長に依存することになる。一般に、誘電体片を置く精度は、誘電体片間の空隙が0.01波長程度より小さくなることを保証するのに十分であるべきである。ひとたび誘電体片が置かれたら、不用意に接着剤が誘電体片の間に押し込まれることを防ぐため、個々の誘電体片をスライドさせるのは避けることが好ましい。このことは、接着層３０４が伝導性接着剤である場合には、接地面の不規則性がテクスチャーをもつ基板に一貫しない電気的性質をもたらしうるので特に重要である。
【００２０】
図４は、ステップ１１２の完了後の、誘電体片２０６、２０８のすべてが接着層３０４の上に交互の市松模様に置かれて完成した、テクスチャーをもつ基板４００を示す上面図である。図５はテクスチャーをもつ基板の断面図で，接着層３０４とベース板３０２を示している。焼成された誘電体片２０６、２０８のすべてが図４に示すように置かれたのち、ステップ１１４でエポキシ接着層が硬化させられて、誘電体片はその場に恒久的に安定化される。接着層のための硬化時間と温度は、選択されている特定の材料に応じて変化する。
【００２１】
接着層３０４が硬化し終わったのち、ステップ１１６で、テクスチャーをもつ基板の全体が、設計のため必要とされる誘電体基板の最終的な厚さを達成するようラッピングすなわち研磨されることができる。このステップも、全誘電体片の露出した外側表面の間のようなあらゆる不規則性を一貫した高さまでならすために有用である。研磨は好ましくは機械により、除去されるべき材料の量にとって好適な研磨媒質を使って実行される。たとえば、１０から４０μｍグリットの湿性スラリーがこの目的のために利用されることができる。
【００２２】
ステップ１１８では、一つまたは複数の伝導性要素６０２、６０４がテクスチャーをもつ基板４００の上にスクリーン印刷されることができる。図６では伝導性要素６０２、６０４がテクスチャーをもつ基板４００の上に配置されたところが示されている。アレイ上へのスクリーン印刷は、100°Fから125°Fの範囲で硬化する従来の電子グレードの伝導性エポキシまたはインクを使って実行されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明を実施するための工程を理解するために有用なフローチャートである。
【図２】切断工程にある二つの異なる種類の誘電体ボード材料を示す上面図である。
【図３】図２の二つの誘電体ボート材料について、所定のモザイクパターンをもつ基板を作成するために各誘電体片がベース上に置かれているところの上面図である。
【図４】誘電体片のすべてが所定のパターンに配置されたあとの基板の上面図である。
【図５】図４の基板の、線５−５に沿った断面図である。
【図６】表面に伝導性のトレースが形成されたのちの図５の基板の断面図である。
【図１】
2007509591.tif 000003
【図２】
2007509591.tif 000004
【図３】
2007509591.tif 000005
【図４】
2007509591.tif 000006
【図５】
2007509591.tif 000007
【図６】
2007509591.tif 000008
【国際調査報告】
2007509591.tif 000009