(57)【要約】【課題】伝送損失を低減できる遅延回路を提供する。【解決手段】本発明の遅延回路は、セラミックスを含むセラミックス基板１と、それぞれがストリップラインパターンによりセラミックス基板上に形成された１対の伝送線路２１を含む位相遅延回路とを備え、セラミックス基板１の気孔率が２０％以上であり、全気孔中の閉気孔の割合が５０％以上であることを特徴とするものである。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックスを含むセラミックス基板と、
それぞれストリップラインパターンにより前記セラミックス基板上に形成された１対の伝送線路を含む位相遅延回路とを備え、
前記セラミックス基板の気孔率が２０％以上であり、全気孔中の閉気孔の割合が５０％以上である、遅延回路。
【請求項２】
前記セラミックス基板の全気孔中の閉気孔の割合が９０％以上であることを特徴とする、請求項１に記載の遅延回路。
【請求項３】
前記セラミックス基板の比誘電率が５以下であることを特徴とする、請求項１または２に記載の遅延回路。
【請求項４】
使用する周波数が１０ＧＨｚ以上もしくは実効的に１０ＧＨｚ以上で動作することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の遅延回路。
【請求項５】
前記セラミックス基板は、第１のセラミックス基板と第２のセラミックス基板とを有し、
前記第１のセラミックス基板の一面にアース電極と入出力電極とが互いに分離して形成されており、
前記第２のセラミックス基板の一面に前記入出力電極に通じる導電性ストリップラインが形成されており、前記第２のセラミックス基板の他面にアース電極と入出力電極とが互いに分離して形成されており、
前記第１のセラミックス基板と前記第２のセラミックス基板とが互いに重ね合わされて結合されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の遅延回路。
【請求項６】
前記セラミックス基板の表面から１０μｍ以内の領域が気孔率１０％以下の緻密質層であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の遅延回路。
【請求項７】
前記セラミックス基板の表面の面粗度Ｒａが０．５μｍ以下であることを特徴とする、請求項６に記載の遅延回路。
【請求項８】
前記セラミックス基板が８０質量％以上の窒化ケイ素を含有し、イッテルビウム、サマリウムおよびエルビウムの少なくとも１つを窒化ケイ素に対して１５ｍｏｌ％以下で含有することを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の遅延回路。
【請求項９】
前記セラミックス基板がＲＥ１０Ｎ２（ＳｉＯ４）６またはＲＥ４Ｓｉ２Ｎ２Ｏ７で示される酸窒化物相または酸窒化珪素化合物相を含有することを特徴とする、請求項８に記載の遅延回路。
【請求項１０】
前記セラミックス基板の前記緻密質層がアルミニウムを含有することを特徴とする、請求項６または７に記載の遅延回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、遅延回路に関し、具体的には３ＧＨｚ以上、特に３０ＧＨｚ以上の高周波数域で使用するストリップラインで形成した位相遅延回路に関し、さらには遅延に伴う損失を低減できる低損失遅延回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図９は、位相遅延回路の構成を示す平面図である。図９を参照して、セラミックス基板１上に、それぞれがストリップラインパターンからなる１対の伝送線路２、３が形成されている。伝送線路２は、入力端子４と出力端子５との間を接続するものであり、長さＬを有している。また伝送線路３は、入力端子６と出力端子７との間を接続するものであり、長さＬ＋ΔＬを有している。
【０００３】
このように伝送線路２、３により、入出力端子４、５と入出力端子６、７との間にはΔＬの経路差が生じている。このため、以下の式で表わされる位相遅延Δθを得ることができる。
【０００４】
Δθ＝ΔＬ／λｇ×３６０（ｄｅｇ．）
（λｇは誘電率の短縮率を考慮したストリップライン上の波長）
このような遅延回路の例は、たとえば特開平９−６４６０３号公報、特開平５−１８３３１２号公報、特開平９−２６１１８３号公報などに開示されており、それらの遅延回路で用いられるセラミックス基板１には多くの場合アルミナセラミックス基板が用いられている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−６４６０３号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開平５−１８３３１２号公報
【０００７】
【特許文献３】
特開平９−２６１１８３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の遅延回路は、目的とする位相遅延に相当する波長長さΔＬだけ伝送線路を長くする必要があるため、特にミリ波帯域では伝送損失が大きくなり、信号としての形態をなさなくなるか、または増幅回路を設置する必要が生じる。
【０００９】
それゆえ本発明の目的は、伝送損失を低減できる遅延回路を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本願発明者らは、伝送損失を低減すべく鋭意検討した結果、セラミックスの気孔率を制御することにより、従来のアルミナセラミックス（Ａｌ２Ｏ３）やガラスセラミックス（ＳｉＯ２−ＭｇＯなど）よりも、低い比誘電率と誘電損失を有する基板を実現できることを見出した。そして、この低い比誘電率と誘電損失とを有するセラミックス基板を遅延回路の基板として用いることにより、ΔＬだけ伝送路を長くした遅延回路においても、伝送損失を従来になく低減できる低損失遅延回路の得られることを見出した。
【００１１】
よって、本発明の遅延回路は、セラミックスを含むセラミックス基板と、それぞれがストリップラインパターンによりセラミックス基板上に形成された１対の伝送線路を含む位相遅延回路とを備え、セラミックス基板の気孔率が２０％以下であり、全気孔中の閉気孔の割合が５０％以上であることを特徴とするものである。
【００１２】
このように気孔率を２０％以上、かつ全気孔中の閉気孔の割合が５０％以上であることにより、伝送損失を従来より低減することが可能となる。
【００１３】
セラミックス基板の気孔率が２０％未満の場合、既存材料に比較して十分低い誘電率や、低い誘電損失を実現することができず、損失の低い遅延回路を構成することができない。
【００１４】
また、全気孔中の閉気孔の割合が５０％以上であるため、既存のセラミックス多孔体で生じる吸湿による誘電損失を低減することができるとともに、気密封止が容易となるため気密性が必要な環境で使用することもできる。またスルーホールを形成した場合でも金属ペーストがスルーホール以外の部分へ侵入することも抑制でき、それによる導体損も抑制することもできる。
【００１５】
上記の遅延回路において好ましくは、セラミックス基板の全気孔中の閉気孔の割合が９０％以上である。
【００１６】
全気孔中の閉気孔の割合が９０％以上であるため、吸湿による誘電損失をさらに低減することができるとともに、気密封止がさらに容易となる。またスルーホールを形成した場合でも金属ペーストがスルーホール以外の部分へ侵入することもさらに抑制でき、それによる導体損もさらに抑制することもできる。
【００１７】
上記の遅延回路において好ましくは、セラミックス基板の比誘電率は５以下である。
【００１８】
上記のようにセラミックス基板の気孔率を２０％以上とし、かつ全気孔中の閉気孔の割合を５０％以上とすることにより、セラミックス基板の比誘電率を５以下と低くすることが可能となる。
【００１９】
上記の遅延回路において好ましくは、使用する周波数が１０ＧＨｚ以上もしくは遅延回路が実効的に１０ＧＨｚ以上で動作する。
【００２０】
伝送損失を低減することができるため、このように高い周波数帯域においても正確に信号を伝えることができるとともに増幅回路を設置する必要もない。
【００２１】
上記の遅延回路において好ましくは、セラミックス基板は第１のセラミックス基板と第２のセラミックス基板とを有し、第１のセラミックス基板の一面にアース電極と入出力電極とが互いに分離して形成されており、第２のセラミックス基板の一面に入出力電極に通じる導電性ストリップラインが形成されており、第２のセラミックス基板の他面にアース電極と入出力電極とが互いに分離して形成されており、第１のセラミックス基板と第２のセラミックス基板とが互いに重ね合わされて結合されている。
【００２２】
このような構成の遅延回路においても伝送損失を低減することができる。
上記の遅延回路において好ましくは、セラミックス基板の表面から１０μｍ以内の領域が気孔率１０％以下の緻密質である。
【００２３】
上記の遅延回路において好ましくは、セラミックス基板の表面の面粗度Ｒａが０．５μｍ以下である。
【００２４】
このように基板表面から１０μｍ以内の領域が気孔率１０％以下の緻密質層であり、基板表面の平均面粗度Ｒａが０．５μｍ以下であることにより、既存のフォトリソグラフィ（レジスト塗布）とメタライズとを利用したストリップラインの形成が可能であり、基板表面の凹凸による導体損の増大も抑制することができる。なお、面粗度Ｒａとは、ＪＩＳ（Ｊａｐａｎｅｓｅ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　Ｓｔａｎｄａｒｄｓ）に規定された中心線平均粗さのことである。
【００２５】
上記の遅延回路において好ましくは、セラミックス基板が８０質量％以上の窒化ケイ素を含有し、イッテルビウム（Ｙｂ）、サマリウム（Ｓｍ）およびエルビウム（Ｅｒ）の少なくとも１つを窒化ケイ素に対して１５ｍｏｌ％以下で含有する。
【００２６】
上記の遅延回路において好ましくは、セラミックス基板がＲＥ１０Ｎ２（ＳｉＯ４）６またはＲＥ４Ｓｉ２Ｎ２Ｏ７で示される酸窒化物相または酸窒化珪素化合物相を含有する。
【００２７】
上記の遅延回路において好ましくは、セラミックス基板の緻密質層がアルミニウムを含有する。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
【００２９】
図９を参照して、本実施の形態における遅延回路では、セラミックス基板１上に、それぞれストリップラインパターンからなる１対の伝送線路２、３を含む位相遅延回路が形成されている。このセラミックス基板１の気孔率が２０％以上であり、全気孔中の閉気孔の割合が５０％以上である。なお、これ以外の構成については従来例で説明した構成とほぼ同じであるため、その説明を省略する。
【００３０】
遅延回路の構成は以下のような構成であってもよい。
図１は、本発明の一実施の形態における遅延回路の構成を概略的に示す分解斜視図である。図１を参照して、図中上側のセラミックス基板１の長手方向の両端には、凹部１４、１５が形成されている。また、上側セラミックス基板１の上面の略全領域にはアース電極１１が形成されており、その領域と分離した両凹部１４、１５に連通した小領域には入出力電極１２、１３が形成されている。これらのアース電極１１と入出力電極１２、１３とは、上側セラミックス基板１に導電ペーストを塗布した後に、焼成することにより形成される。
【００３１】
図中下側のセラミックス基板１の長手方向の両端には、凹部２５、２６が形成されている。また下側セラミックス基板１の下面には、上側セラミックス基板１の上面と同様な形状のアース電極２２と入出力電極２７とが形成されている。なお、図に示されていないが、下側セラミックス基板１の下面の凹部２５に連通した小領域にも入出力電極が形成されている。また、下側セラミックス基板１の上面には、凹部２５、２６の導電膜に連通する両端部に先太テーパ部２３、２４が形成されており、また両先太テーパ部２３、２４の間に細い幅のジグザグ状導電性ストリップライン２１が形成されている。これらのアース電極２２と入出力電極２７と両先太テーパ部２３、２４とジグザグ状導電性ストリップライン２１とは、下側セラミックス基板１に導電ペーストを塗布した後に、焼成することにより形成される。
【００３２】
そして、２枚のセラミックス基板１、１は、アース電極１１、２２を外側にして、導電性ストリップライン２１を内側にして重ねられ、その間に、たとえばガラスフリットなどを塗布して加熱することによって接着されている。
【００３３】
これらの上側および下側セラミックス基板１、１の双方の気孔率が２０％以上であり、全気孔中の閉気孔の割合が５０％以上である。
【００３４】
また、図１および図９に示す各セラミックス基板１の気孔率が２０％以上であり、全気孔中の閉気孔の割合が９０％以上であることが好ましい。また、図１および図９に示す各セラミックス基板１の比誘電率が５以下であることが好ましい。また、図１および図９に示す遅延回路にて使用する周波数が１０ＧＨｚ以上もしくは遅延回路が実効的に１０ＧＨｚ以上で動作することが好ましい。
【００３５】
図１および図９に示す各セラミックス基板１の多孔質セラミックスは、図２に模式的に示すように閉気孔をなす中空部１ａを有する構造となっているため、緻密質部分（骨格部）１がネットワーク状に連続した構造となる。また図２に示すセラミックス多孔体の任意の断面において、互いに隣り合う２つの空孔１ａのそれぞれの半径ｒ１、ｒ２とセラミックス部分の（緻密質部分）の幅ｂとが、（ｒ１＋ｒ２）／ｂ＞１の関係を満たすことが好ましい。
【００３６】
なお、従来のセラミックス基板１に用いられる多孔質セラミックスの構造は、図３に示すように複数の粒子１０１ａが結合され、それらの粒子１０１ａ間が気孔となった開気孔の構造を有しており、本実施の形態の閉気孔の構造とは異なる。
【００３７】
次に、本実施の形態の遅延回路に用いられるセラミックス基板の製造方法について説明する。
【００３８】
セラミックス基板１の多孔質セラミックスは、金属粉末と焼結助剤粉末とを準備する工程と、これらの粉末を混合し混合粉末とする工程と、その混合粉末を成形して成形体とする工程と、その成形体を窒素または酸素の存在する雰囲気下で焼結し、金属窒化物または金属酸化物の焼結体とする工程とを含む方法によって得られる。
【００３９】
閉気孔は、セラミックスの前駆体である金属粉末を中空化することによって得られる。相対密度と全気孔中の閉気孔との割合は、出発原料である金属粉末の粒度によって制御することができる。金属粉末としては、市販の高純度金属粉末を用いることができる。しかし、金属粉末の表面には、自然酸化膜やその後の熱処理により熱酸化膜が形成される。酸化物セラミックス以外の場合は、これらの酸化膜の量によって中空化の度合いが著しく変化するので、金属粉末中の酸素量の制御が重要である。酸素量は、金属酸化物に換算して、０．４ｍｏｌ％以上１．５ｍｏｌ％以下の範囲のものを選択することが望ましい。
【００４０】
金属粉末の平均粒径は、０．１μｍ以上１５μｍ以下が好ましい。０．１μｍ未満になると比表面積が大きいため、前記酸素量の制御が困難となり、また１５μｍを超えると、完全に中空化するための反応時間が長くなるので経済的ではない。
【００４１】
前記金属粉末に焼結助剤として希土類酸化物が添加される。希土類酸化物は、Ｙｂ２Ｏ３、Ｓｍ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３から選ばれる少なくとも１種類を金属粉末に対して０．２ｍｏｌ％以上２．５ｍｏｌ％以下添加することが好ましい。０．２ｍｏｌ％未満では、金属の拡散が促進されず中空化が十分に行なわれない。また、２．５ｍｏｌ％以上では、全気孔率が低下しやすくなる。従来、セラミックスの焼結助剤として知られているＦｅ２Ｏ３やＡｌ２Ｏ３などは、本実施の形態の場合、中空化が十分行なわれないので好ましくない。
【００４２】
また、添加する焼結助剤の平均粒径は、０．１μｍ以上１μｍ以下であることが好ましい。０．１μｍ未満では、凝集などが生じやすくなるので取扱が困難となり、また１μｍ以上では、金属粉末の窒化または酸化反応が進行しにくくなる。また、金属粉末の表面の酸化膜が反応を妨げる場合は、上記焼結助剤に加えて、アルカリ金属あるいはアルカリ土類金属あるいはそれら金属の酸化物を第２の焼結助剤として添加することが好ましい。第２の焼結助剤の添加量は０．１ｍｏｌ％以上１．５ｍｏｌ％以下が好ましく、その平均粒径は０．１μｍ以上２μｍ以下が好ましい。
【００４３】
金属粉末、焼結助剤および必要に応じて添加される有機バインダが、既存のボールミルや超音波混合などの方法により混合され、その後乾燥される。その後、混合物は所定の形状に成形され、成形体が得られる。この成形は、通常の乾式プレス成形法、押出し成形法、ドクターブレード成形法および射出成形法のような公知の成形法を用いることができ、所望する形状に合わせて品質上・生産上最も望ましい成形方法を選択することができる。なお成形に先立ち混合後の混合粉末を顆粒状に造粒し、予めその嵩密度を高め、成形性を高めることもできる。前記有機バインダは、成形性をさらに向上させる場合に添加するものである。
【００４４】
前記成形体を窒素または酸素を含有する雰囲気ガス中で熱処理することにより、金属の窒化または酸化反応を進行させることで、個々の金属粉末が中空化するとともに、反応した互いに隣り合う金属粉末の窒化物または酸化物同士が一体化し、微細な閉気孔を有する多孔質セラミックスを得ることができる。
【００４５】
図４および図５は、金属粉末が窒化もしくは酸化により中空化していく様子を示す模式図である。図４および図５を参照して、まず金属粉末１ｂの表面が窒化または酸化され、金属粉末１ｂの外周に窒化膜もしくは酸化膜１が形成される。熱処理を進めると、窒化あるいは酸化反応の際に、金属が外周の窒化物あるいは酸化物１側へ拡散して、窒化または酸化反応が進行していく。このように金属が外周側へ拡散することにより金属粉末１ｂ中に空孔１ａが形成され、金属粉末１ｂは中空化する。最終的には、金属粉末１ｂであった部分の大半が空孔１ａとなり、空孔１ａが閉気孔として形成される。このように複数の空孔１ａが閉気孔として形成されることにより、窒化物または酸化物からなるセラミックスの緻密質部分１がネットワーク状に連続した構造を形成する。
【００４６】
中空化の度合いは、出発原料である金属粉末中に含まれる酸素量や、焼結助剤の種類あるいは熱処理方法によって異なる。個々の閉気孔の大きさは、基本的には、出発原料である金属粉末の粒度に依存する大きさとなるので、金属粉末の粒径が均一であれば、閉気孔の大きさは均一であり、粗大な閉気孔が含まれることはない。
【００４７】
熱処理は、カーボンヒータ炉などで行なうことができる。金属粉末の拡散を促進し、粒成長による中空構造の消失を抑制するために、マイクロ波を用いた熱処理を行なうことが好ましい。特に２０ＧＨｚ以上の周波数のマイクロ波を照射して加熱すると、金属粉末の外殻に形成される金属窒化物あるいは金属酸化物への金属の拡散をより促進することができるので、金属粉末の中空化が容易になるため好ましい。
【００４８】
熱処理温度は、出発原料の金属粉末によって好ましい温度範囲が異なるため、以下に、Ｓｉを窒化してＳｉ３Ｎ４の多孔質セラミックスを得る場合を例に挙げて詳述する。
【００４９】
Ｓｉを窒化する熱処理温度は、１２００℃以上が好ましい。１２００℃未満では金属粉末の窒化反応の進行が遅くなり、経済的ではない。また、カーボンヒータ加熱では１５００℃以下、マイクロ波加熱では１７５０℃以下の温度が好ましい。これ以上の温度では金属窒化物の相変態や粒成長が生じるため、中空化構造が変化して本実施の形態の多孔質セラミックスを得ることが困難となる。
【００５０】
また、最高温度までの昇温は、２段階以上に分けて階段状に昇温するのが好ましい。これは、金属の窒化反応は発熱反応であるので、１度に最終焼結温度まで昇温すると、自らの発熱によって温度が金属の融点を超え、金属の溶融が発生するためである。金属の溶融が発生すると、未反応の溶融塊となり粗大な空孔が発生したり、成形体から溶出したりするので多孔質セラミックスの機械的、電気的特性の劣化を引起す。他の金属粉末を出発原料とする場合や酸化反応させる場合でも、温度条件は変わるが、２段階以上に分けて階段状に昇温することが好ましいことに変わりはない。
【００５１】
熱処理時の雰囲気は、窒化物を得ようとする場合は、Ｎ２あるいはＮＨ３を含む非酸化性雰囲気とする。酸化物を得ようとする場合は、Ｏ２を含む酸化性雰囲気とする。いずれの場合も圧力に限定はないが、１気圧（１０１ｋＰａ）以上５気圧（５０７ｋＰａ）以下が好ましい。
【００５２】
以上のようにして得られる本実施の形態の基板１をなす多孔質セラミックスは、金属粉末の個々の粒子が中空化することにより、均一な径の空孔が分散した組織となり、実質的に無機セラミックス単一層の多孔質セラミックスである。このため、基板１を、耐吸湿性に優れ、低誘電率、低誘電損失である多孔質セラミックスから形成することができる。
【００５３】
この多孔質セラミックスでは、気孔率を２０％以上にし、かつ全気孔中の閉気孔の割合を５０％以上にすることができる。さらに、原料金属粉末の平均粒径、表面の酸素量、焼結助剤の種類、焼結条件などを選べば、気孔率が２０％以上で、全気孔中の閉気孔の割合を９０％以上にすることもできる。
【００５４】
本実施の形態におけるセラミックス基板１をなす多孔質セラミックスの任意の断面において、図２に示すように互いに隣り合う２つの空孔１ａの半径をそれぞれｒ１、ｒ２とし、セラミックス部１の厚みをｂとすると、（ｒ１＋ｒ２）／ｂ＞１となるものを得ることができる。つまり、原料金属粉末の平均粒径、表面の酸素量、焼結助剤の種類、焼結条件を選べば、空孔１ａの直径がセラミックス部１の厚みの２倍以上とすることができる。より好ましくは、（ｒ１＋ｒ２）／ｂ＞２である。このような組織にすることによって誘電正接をより低減することができる。
【００５５】
また、本実施の形態のセラミックス基板１をなす多孔質セラミックスの誘電正接は、１０−３〜１０−４程度以下となる。機械的特性として、３点曲げによる抗折強度は、１５０ＭＰａ以上であり、優れた電気的、機械的特性を有する多孔質セラミックスが得られる。
【００５６】
このようにして得られたセラミックス基板１に表面上にストリップラインパターンなどを形成する前に、セラミックス基板１に表面を平坦化することが好ましい。
【００５７】
生産に適した方法で、かつ反りや内部応力などが発生せずに、高い寸法精度を保ちながら、十分な表面平滑性を得るためには、以下に述べる平坦化処理を用いることができる。
【００５８】
すなわち、多孔質基材であるセラミックスと固相反応を生じる固体物質を砥粒または研磨材として選択し、加工、研磨する（機械的エネルギを加える）ことによって多孔質表面を平滑化する。
【００５９】
たとえば、気孔率５０％の窒化ケイ素多孔質セラミックスを加工する際においては、γＡｌ２Ｏ３粒子とＳｉＯ２粒子を含む研磨砥粒を水に分散させて用いることにより、表面が平坦化した多孔質セラミックスを得ることができる。
【００６０】
平滑な多孔質体表面を得るためには、砥粒、研磨液、研磨速度（接触圧）の諸条件を適切に選択、制御することが必要である。砥粒粒子の粒径は０．１μｍ以下が望ましく、砥粒を分担した水溶液のｐＨは７以上に調整される。
【００６１】
水溶液のｐＨを７以上にした理由は次のとおりである。すなわち、本固相反応、または表面平滑化は、Ｓｉ−ＯＨ等の水酸基の生成の寄与が大きく、加工効率（または表面平滑度）を上げることができる。ｐＨ７未満でもできないことはないが、長時間の加工が必要であったり、表面平滑性が得られにくい場合がある。
【００６２】
通常の場合、研磨砥粒は、多孔質セラミックスの組成物、またはその酸化物と固相反応を生じるものの群から選択される。
【００６３】
メカニズムの詳細は必ずしも明確ではないが、単なる機械的エネルギのみではなく、以下に示すような過程の酸化、溶解・再析出、固相拡散により表面の平坦化が進行する。
【００６４】
【化１】
2004140593.tif 000003
【００６５】
図６を参照して、得られたＳｉ３Ｎ４多孔質セラミックス１の表面１ｆの面粗度（Ｒａ）は、研磨条件にもよるが、０．５μｍ未満、好ましくは０．２μｍ未満、より好ましくは０．１μｍ未満である。また平坦化された表面から１０μｍ以内の領域が気孔率１０％以下の緻密質層となっている。その緻密質層には、Ａｌが、その濃度が厚み方向に傾斜するように分散しており、Ａｌ、Ｓｉ、Ｏ、Ｎの複合相（固相反応によって生じたセラミックス組成と砥粒組成からなる複合相）となっているが、セラミックス基板１の内部から表面領域まで連続した構造となっている。図６に示す例では、表面は閉気孔となっている。
【００６６】
表面の気孔を覆うように前述の固相拡散等を生じさせることもできるし任意の気孔を表面に残留させることもできる。表面の組成比が異なる領域は、表面から１０μｍ未満、さらには５μｍ未満が好ましい。それ以上では、セラミックス多孔質体本来の特性を損なう場合がある。
【００６７】
特には、気孔径が０．１μｍ以上、さらには１μｍ以上であっても、上記の平坦性が得られることにより、既存のフォトリソグラフィ（レジスト塗布）とメタライズとを利用したストリップラインパターンの形成が可能であり、基板表面の凹凸による導体損の増大も抑制することができる。
【００６８】
また、多孔質セラミックス内部には含まれない元素の少なくとも１つを、表面領域（表面から１０μｍ以内）に含有するか、または内部と表面領域の組成比が異なる場合がある。かかる表面平坦性多孔質セラミックスは、その表面に金属、酸化物または窒化物薄膜あるいはパターニングされた金属導体を形成して用いることもでき、この場合の表面粗度は表面膜と多孔質セラミックスの界面粗度により示される。
【００６９】
このような多孔質のセラミックスよりなるセラミックス基板１の表面に、図９に示すように、それぞれがストリップラインパターンからなる１対の伝送線路３が形成されて遅延回路が形成される。
【００７０】
また、このような多孔質のセラミックスよりなるセラミックス基板１の表面および／または裏面に、導電ペーストを塗布した後に焼成することにより、図１に示すように、入出力電極、アース電極、導電膜が形成され、その後に２枚のセラミックス基板１同士をガラスフリットなどを挟んで重ね合わせて結合することにより、遅延回路が形成される。
【００７１】
セラミックス基板１は、８０質量％以上の窒化珪素を含有し、Ｙｂ、ＳｍおよびＥｒの少なくとも１つを窒化珪素に対して１５ｍｏｌ％以下で含有することが好ましい。また、セラミックス基板１は、ＲＥ１０Ｎ２（ＳｉＯ４）６またはＲＥ４Ｓｉ２Ｎ２Ｏ７で示される酸窒化物相または酸窒化珪素化合物相を含有することが好ましい。ここで、ＲＥとは希土類元素（Ｒａｒｅ　Ｅａｒｔｈ　ｅｌｅｍｅｎｔ）を意味する。
【００７２】
なお、本実施の形態の多孔質セラミックスの材料や製造方法は、限定されるものではないが、多孔質セラミックスの材料としてはＳｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３などの材料を用いることができ、特にＳｉ３Ｎ４、を用いることが好ましい。セラミックスの出発原料として、ＳｉあるいはＡｌの金属粉末を用い、この金属粉末を窒化あるいは酸化させる反応過程で、金属元素の外殻への拡散を促進することによって、均一な空孔が微細に分散した多孔質セラミックスを容易に得ることができる。
【００７３】
なお、図７に示すように多孔質セラミックス１の裏面にベース層８を設けることもできる。ベース層８によって基板の強度を補強したり、熱伝導性を改善することもできる。それゆえ、多孔質化により熱伝導性や強度が低下した場合でも、使用環境に応じた一定の熱伝導性と強度を確保することができる。また図８に示すようにベース層８としては両面にメタライズ層８ａ、８ｃを有する緻密質セラミックス（Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２）、シリコン基板などの基材８ｂを用いることもできる。なお、図７、８において上記以外の構成については図９に示す構成とほぼ同じであるため、同一の部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００７４】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００７５】
以下の表１に示すサンプルＡ、Ｂ、Ｃを作製し、このサンプルからなる基板を用いて図１に示す遅延回路を作製した。サンプルＡおよびＣは比較例であり、サンプルＢは本発明例である。
【００７６】
【表１】
2004140593.tif 000004
【００７７】
なお、サンプルＢについては以下の方法により作成した。
平均粒径１μｍのＳｉ粉末と焼結助剤として平均粒径０．８μｍのＹｂ２Ｏ３粉末とを準備した。このとき、Ｙｂ２Ｏ３粉末がＳｉ粉末に対して２ｍｏｌ％となるように準備した。各粉末はいずれも市販のものである。なお、Ｓｉ粉末表面の酸素量は、不活性ガス融解、赤外線検出法で測定し、ＳｉＯ２換算で０．７ｍｏｌ％であることを予め確認したものを用意した。
【００７８】
準備した各粉末を、メチルアルコールを溶媒として、２４時間ボールミル混合した。混合後、自然乾燥し、乾式プレスを用いて所定のサイズに成形した。この成形体を大気圧の窒素雰囲気中で、１２００℃で３時間保持した後１４００℃に昇温し３時間保持して焼結体を得た。得られた焼結体をＸ線回折したところ、金属Ｓｉは残存しておらずすべてＳｉ３Ｎ４になっていることを確認した。
【００７９】
自然冷却後、厚みが０．６３５ｍｍとなるように仕上げ加工を施した。
このようにして得られたセラミックス多孔体よりなる基板表面に、マスク蒸着法でＡｕをメタライズすることにより遅延回路を形成した。
【００８０】
サンプルＡ、Ｂ、Ｃのそれぞれについて、ストリップラインの経路差ΔＬを位相差Δθにして２７０（ｄｅｇ．）となるよう設計した。また、Ｌ＋ΔＬ＝１ｃｍとなるように設計した。基板厚みはすべて０．６３５ｍｍとし、インピーダンスが５０Ωとなるようストリップライン幅を設定した。本遅延回路に１０ＧＨｚおよび３０ＧＨｚの高周波を伝送し、Ｌ＋ΔＬ長のストリップラインにおける伝送損失を測定した。その結果を表２に示す。
【００８１】
【表２】
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【００８２】
表２の結果より、セラミックス基板の気孔率が２０％以上であり、全気孔中の閉気孔の割合（閉気孔比率）が５０％以上の場合に、高い周波数帯域においても伝送損失が低くなることがわかる。また特にサンプルＢの場合には、閉気孔比率が９２％と９０％以上であることから、特に伝送損失を大幅に低減できていることがわかる。またサンプルＢでは、誘電率は５以下になることもわかった。
【００８３】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００８４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の遅延回路によれば、気孔率を２０％以上、かつ全気孔中の閉気孔の割合が５０％以上であることにより、低い比誘電率と誘電損失を有する基板を実現できるため、伝送損失を従来より低減することが可能となる。これにより高周波数域において好適な遅延回路を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における遅延回路の構成を示す分解斜視図である。
【図２】本発明の一実施の形態における遅延回路に用いられるセラミックス基板の断面構成を示す図である。
【図３】従来の遅延回路に用いられるセラミックス基板の断面構成を示す図である。
【図４】金属粉末が中空化する様子を示す工程図である。
【図５】１つの金属粉末が中空化する様子を示す工程図である。
【図６】表面平滑性多孔質セラミックスが得られる工程の概念図である。
【図７】本発明の一実施の形態における遅延回路にベース層を設けた一の構成を示す斜視図である。
【図８】本発明の一実施の形態における遅延回路にベース層を設けた他の構成を示す斜視図である。
【図９】遅延回路を説明するための平面図である。
【符号の説明】
１　セラミックス基板、１ａ　空孔、１ｂ　金属粉末、１ｆ　表面、２，３　伝送線路、４，５，６，７　入出力端子、８　ベース層、８ａ，８ｃ　メタライズ層、８ｂ　基材、１１，２２　アース電極、１２，１３，２７　入出力電極、１４，１５，２５，２６　凹部、２１　ジグザグ状導電性ストリップライン、２３，２４　先太テーパ部。
【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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