(57)【要約】【課題】メンブレン構造型の高周波回路作製方法において、基板表面と基板裏面の金属膜を断線することなく接続する製作方法を提供する。【解決手段】メンブレン構造部を含む基板裏面全面にシースメタル層１０６、１０７を形成した後、メンブレン構造部にレジスト２０２を形成して、貫通孔外周部及び基板裏面に電解メッキにより金属膜１０８を形成する。続けて、メンブレン構造部のレジスト２０２を除去した後、貫通孔外周部及び基板裏面に再度レジスト２０３を形成して、メンブレン構造部のシースメタル層１０６、１０７をウエットエッチングして除去する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の一部をメンブレン構造とし且つ基板裏面と基板表面とを電気的に接続した構造を有する高周波回路の製作方法であって、メンブレン構造部を含む基板裏面全面に少なくとも１層の第１の金属膜を形成する工程と、前記メンブレン構造部に第１のレジストを形成し貫通孔外周部及び基板裏面に第２の金属膜を形成する工程と、前記メンブレン構造部の第１のレジストを除去し貫通孔外周部及び基板裏面の第２の金属膜上に第２のレジストを形成して前記第１の金属膜のうちメンブレン構造部の金属膜を除去する工程と、を有することを特徴とする高周波回路製作方法。
【請求項２】
基板の一部をメンブレン構造とし且つ基板裏面と基板表面とを電気的に接続した構造を有する高周波回路の製作方法であって、メンブレン構造部を含む基板裏面全面に少なくとも１層の第１の金属膜を形成する工程と、前記メンブレン構造部に第１のレジストを形成し貫通孔外周部及び基板裏面に第２の金属膜を形成する工程と、前記メンブレン構造部及び貫通孔外周部を含む基板裏面全面に第３の金属膜を形成する工程と、前記第３の金属膜のうちメンブレン構造部の金属膜と前記第１のレジストとを除去する工程と、前記第１の金属膜のうちメンブレン構造部の金属膜を除去する工程と、を有することを特徴とする高周波回路製作方法。
【請求項３】
第２の金属膜を形成する前に、基板表面全面に第３のレジストを形成するか又は保護シートを貼り付けすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高周波回路製作方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の高周波回路製作方法を用いて製造された高周波回路を搭載していることを特徴とする通信端末装置。
【請求項５】
請求項１から３のいずれかに記載の高周波回路製作方法を用いて製造された高周波回路を搭載していることを特徴とする基地局装置。
【請求項６】
請求項１から３のいずれかに記載の高周波回路製作方法を用いて製造された高周波回路を搭載していることを特徴とする無線計測装置。
【請求項７】
請求項１から３のいずれかに記載の高周波回路製作方法を用いて製造された高周波回路を搭載していることを特徴とするレーダー装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜加工技術を用いて高周波回路を製作する方法に関するもので、特に、マイクロ波及びミリ波帯の高い周波数帯域を対象とした高周波回路製作方法及びそれを用いて製作した回路を有する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、シリコン基板等を用いた高周波回路用基板の加工方法としてエッチングが用いられ、例えば貫通孔を形成するために用いられる。このエッチングによる加工方法は、加工の制御が必ずしも容易ではなく、場合によっては金属配線の断線を生じることもあるため、加工物の保護を行う工程を用いるなどの工夫が施されてきた（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、銅やアルミニウムなどの金属板と絶縁材とを組み合わせて構成された高周波回路用の金属複合基板として、例えば三菱樹脂（株）製のダイアコア（登録商標）などが一般に市販されているが、この金属複合基板を用いて高周波回路を製作すると、金属板より放熱特性が良好なため、高い放熱特性を持つ高周波回路の製作が可能となる。以下に、このような金属複合基板に加工を施して高周波回路を形成する従来の方法の一例を、図面を用いて説明する。
【０００４】
図６及び図７は、従来の金属複合基板の一例を示す断面図である。図６において、６０１と７０１は銅やアルミニウムなどの金属板、６０２と７０２は絶縁材である誘電体材料、６０３と７０３は信号用配線、６０４と７０４は金属板と信号用配線を電気的に接続するスルーホールを示している。基板として金属板を用いた構造の高周波回路は、量産性に優れている。
【０００５】
図７は、図６の金属複合基板の一部に貫通孔７０５を加工したメンブレン構造の高周波回路である。この構造を製作する場合、予め貫通孔加工した金属板７０１に誘電体材料７０２を熱プレスして形成する方法や、金属板７０１に誘電体材料７０２を熱プレスして形成し、最後にウエットエッチングにより金属板７０１に貫通孔７０５を形成して作製する方法がある。
【０００６】
しかし、これらの方法は熱により誘電体材料７０２が変形し貫通孔７０５に入り込んだり、ウエットエッチングを用いているため貫通孔７０５の形状が安定しなかったりと良好なメンブレン構造を形成することが難しい。加えて、適当な大きさ、例えば縦１００ｍｍ、横１００ｍｍ、厚み０．５ｍｍという基板として使いやすい大きさのものをわざわざ製作する必要があり、簡単に入手可能なシリコン基板を用いる場合と比べて、特に製造時に複数のパターンを製作する必要がある場合には、金属板使用自体が効率的でないことがある。
【０００７】
そこで、良好なメンブレン構造が形成でき、製造時の複数のパターンにも対応可能なように、シリコン基板を用いて高周波回路構造を作製する方法が考えられている。
【０００８】
図８は、シリコン基板を用いたメンブレン構造型の高周波回路製作方法の一例を示す工程図である。図８（ａ）は、シリコン基板５０１上に誘電体膜５０２を用いて多層の信号用配線５０３を形成し、シリコン基板５０１に貫通孔５０５を加工し、メンブレン構造部（Ｂ部）を形成した状態である。５０４はシリコン基板５０１上の信号用配線を基板表面の信号用配線５０３と電気的に接続する配線である。
【０００９】
図８（ｂ）は、メンブレン構造部を含む基板裏面全面にシースメタル層５０６、５０７を形成し、メンブレン構造部以外の貫通孔外周部及び基板裏面にレジスト５０８を形成した状態である。次に、形成したレジスト５０８をマスクとしてメンブレン構造部のシースメタル層５０６、５０７をウエットエッチングした後、レジスト５０８を除去したものが図８（ｃ）である。最後に貫通孔外周部及び基板裏面に電解メッキして金属層５０９が形成されたものが図８（ｄ）である。
【００１０】
【特許文献１】
特開２０００−１２４１９４号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記の方法では、図８（ｂ）のレジストマスク形成において、貫通孔エッジ部分（Ｃ部）がレジスト５０８により完全に被覆されず、シースメタル層をウエットエッチングする工程において、Ｃ部のシースメタル層５０６、５０７がウエットエッチングされてしまうという問題が発生する（図８（ｃ））。貫通孔エッジ部（Ｃ部）のシースメタル層５０６、５０７がウエットエッチングされた場合、次の工程の電解メッキをしても金属層が形成されず、貫通孔エッジ部（Ｃ部）において断線を生じるという課題が発生する。図８（ｂ）におけるレジストマスク形成条件を検討したが、貫通孔エッジ部（ｃ部）をレジストにより完全に被覆することは困難であった。
【００１２】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、メンブレン構造型で基板表面側と裏面側の金属膜を電気的に断線無く接続した高周波回路が作製可能であり、金属板を用いた場合に比べて製造効率の高い高周波回路製作方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【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、基板の一部をメンブレン構造とし且つ基板裏面と基板表面とを電気的に接続した構造を有する高周波回路の製作方法であって、メンブレン構造部を含む基板裏面全面に少なくとも１層の第１の金属膜を形成する工程と、前記メンブレン構造部に第１のレジストを形成し貫通孔外周部及び基板裏面に第２の金属膜を形成する工程と、前記メンブレン構造部の第１のレジストを除去し貫通孔外周部及び基板裏面の第２の金属膜上に第２のレジストを形成して前記第１の金属膜のうちメンブレン構造部の金属膜を除去する工程と、を有することを特徴とする高周波回路製作方法である。
【００１４】
具体的には、先ず金属膜を形成しないメンブレン構造部にレジストを形成して、メンブレン構造部を除く貫通孔外周部及び基板裏面に電解メッキにより金属膜を形成する。次に、先に形成したメンブレン構造部のレジストを除去した後、再度、貫通孔外周部及び基板裏面にレジストを形成して、メンブレン構造部のシースメタル層をウエットエッチングする。このときレジストが貫通孔エッジ部に被覆されていない場合でも、電解メッキにより金属膜が厚くなっているため、貫通孔エッジ部における断線を防ぐことが可能となる。
【００１５】
また、本発明は、基板の一部をメンブレン構造とし且つ基板裏面と基板表面とを電気的に接続した構造を有する高周波回路の製作方法であって、メンブレン構造部を含む基板裏面全面に少なくとも１層の第１の金属膜を形成する工程と、前記メンブレン構造部に第１のレジストを形成し貫通孔外周部及び基板裏面に第２の金属膜を形成する工程と、前記メンブレン構造部及び貫通孔外周部を含む基板裏面全面に第３の金属膜を形成する工程と、前記第３の金属膜のうちメンブレン構造部の金属膜と前記第１のレジストとを除去する工程と、前記第１の金属膜のうちメンブレン構造部の金属膜を除去する工程と、を有することを特徴とする高周波回路製作方法である。
【００１６】
この方法によっても、貫通孔エッジ部における断線を防ぐことが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、基板の一部をメンブレン構造とし且つ基板裏面と基板表面とを電気的に接続した構造を有する高周波回路の製作方法であって、メンブレン構造部を含む基板裏面全面に少なくとも１層の第１の金属膜を形成する工程と、前記メンブレン構造部に第１のレジストを形成し貫通孔外周部及び基板裏面に第２の金属膜を形成する工程と、前記メンブレン構造部の第１のレジストを除去し貫通孔外周部及び基板裏面の第２の金属膜上に第２のレジストを形成して前記第１の金属膜のうちメンブレン構造部の金属膜を除去する工程と、を有することを特徴とする高周波回路製作方法であり、この方法によりメンブレン構造で基板の裏面に形成した金属膜と表面に形成した金属膜が接続された構造を有する製造効率の良い高周波回路を製作することが可能となる。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、基板の一部をメンブレン構造とし且つ基板裏面と基板表面とを電気的に接続した構造を有する高周波回路の製作方法であって、メンブレン構造部を含む基板裏面全面に少なくとも１層の第１の金属膜を形成する工程と、前記メンブレン構造部に第１のレジストを形成し貫通孔外周部及び基板裏面に第２の金属膜を形成する工程と、前記メンブレン構造部及び貫通孔外周部を含む基板裏面全面に第３の金属膜を形成する工程と、前記第３の金属膜のうちメンブレン構造部の金属膜と前記第１のレジストとを除去する工程と、前記第１の金属膜のうちメンブレン構造部の金属膜を除去する工程と、を有することを特徴とする高周波回路製作方法であり、これによりメンブレン構造で基板の裏面に形成した金属膜と表面に形成した金属膜が接続された構造を有する製造効率の良い高周波回路を製作することが可能となる。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、第２の金属膜を形成する前に、基板表面全面に第３のレジストを形成するか又は保護シートを貼り付けすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高周波回路製作方法であり、電解メッキにより基板裏面に金属膜を形成する時に基板表面の信号用配線がメッキ液にさらされるのを防ぎながら、メンブレン構造で基板の裏面に形成した金属膜と表面に形成した金属膜が接続された構造を有する製造効率の良い高周波回路を製作することが可能となる。
【００２０】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の高周波回路製作方法を用いて製造された高周波回路を搭載していることを特徴とする通信端末装置である。
【００２１】
請求項５に記載の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の高周波回路製作方法を用いて製造された高周波回路を搭載していることを特徴とする基地局装置である。
【００２２】
請求項６に記載の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の高周波回路製作方法を用いて製造された高周波回路を搭載していることを特徴とする無線計測装置である。
【００２３】
請求項７に記載の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の高周波回路製作方法を用いて製造された高周波回路を搭載していることを特徴とするレーダー装置である。
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図５により説明する。
【００２５】
（実施の形態）
図１は、本実施の形態による製作方法を用いて作製した高周波回路の断面図を示す。図１において、１０１はシリコン基板、１０２は低誘電体損失を特徴とする誘電体膜、１０３は信号用配線である金属膜、１０４はシリコン基板上の信号用配線と誘電体膜上の信号用配線を電気的に接続するスルーホール内の配線を表し、１０５は貫通孔、１０６及び１０７はシースメタル層、１０８は基板裏面側の信号用配線、１０９は電磁的シールドを目的としたキャップを示している。基板表面側の信号用配線１０３と基板裏面側の信号用配線１０８は、メンブレン構造外周部（Ａ部）で電気的に接続されている。
【００２６】
図１に示した高周波回路の特徴は、コアとなる基材が安価で容易に入手可能なシリコン基板１０１を使用しているとともに、シリコン基板１０１上の金属膜と基板裏面の金属膜が接続された構造を持ち電磁的シールド向上などの金属板を使用したときと同じ効果が期待できること、誘電体膜１０２の底面には一部金属膜が形成されていないことを特徴とするメンブレン構造型の高周波回路となっていること、電磁的シールドを目的としたキャップ１０９が配置されているため高周波回路への外部からの電磁的不要放射を防ぐとともに、本高周波回路自らが外部に対して発する電磁的不要放射をも防ぐことが可能となっている点が挙げられる。
【００２７】
なお、図１中には図示していないが、誘電体膜１０２上にＭＭＩＣなどの半導体素子を配置し信号用配線１０３と接続することで、アンプなどの能動素子とフィルターなどの受動素子を組み合わせた高周波回路を、図１に示す構造で製作することも可能である。また、誘電体膜を多層構造にしてさらに信号用配線を多層化することも可能である。
【００２８】
以下に、図１に示した高周波回路を具体的に製作する方法を、図２及び図３を用いて説明する。図２は、図１の高周波回路基板の製作方法の前半を示す工程図、図３は、図１の高周波回路基板の製作方法の後半を示す工程図である。
【００２９】
図２（ａ）はシリコン基板１０１上に信号用配線１０３が形成された状態を示したものである。信号用配線の形成は、スパッタリング及び電解メッキによる形成方法が望ましい。シリコン基板上にまずスパッタによりチタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）などのシースメタル層を形成する。続いて、レジストにより信号用配線のパターニングを行い、電解メッキにて金属膜を形成する。このときレジストの開口部には金属膜が形成され、レジストが被覆された部分には電解メッキによる金属膜は形成されない。レジスト除去後、不要なシースメタル層をウエットエッチングすることにより、所望の信号用配線１０３を得ることができる。
【００３０】
図２（ｂ）はシリコン基板１０１上に形成した信号用配線１０３上に誘電体膜１０２を形成して、スルーホール２０１を形成した状態を示したものである。誘電体膜１０２は、高周波回路の損失を抑えるために、ベンゾシクロブテンなどの誘電体損失の小さい材料を使用することが望ましい。誘電体膜１０２はスピンコートとキュアにより形成することが可能である。スルーホール２０１は一般的なドリル加工、レーザ加工、ドライエッチング加工による形成が可能であるが、ドライエッチング加工による手法では、レジストを用いてスルーホール部分を開口したレジストマスクを用いて、スルーホール２０１を形成する。
【００３１】
図２（ｃ）は、誘電体膜１０２上に信号用配線１０３を形成した状態を示している。図２（ａ）の説明と同様の手法により、誘電体膜１０２上に信号用配線１０３を形成することができる。このとき、シリコン基板上の信号用配線と誘電体膜上の信号用配線との間のスルーホール表面にも配線１０４が形成され、誘電体膜１０２上の信号用配線１０３は、シリコン基板１０１上の信号用配線１０３とスルーホール表面の配線１０４を介して、電気的に接続されている。
【００３２】
続いて、図２（ｄ）はシリコン基板の一部を基板裏面側より貫通孔１０５を加工形成し、メンブレン構造を形成した状態である。シリコン基板１０１の貫通孔加工はウエットエッチングやドライエッチングによって形成することができるが、ウエットエッチングによる方法では加工形状が制限されてしまうため、レジストマスクを用いたドライエッチングによる貫通孔加工が有効である。中でも、誘導結合型のプラズマ源を用いたドライエッチング手法は、一般の半導体工程で用いられる反応性イオンエッチング法と比べて高密度のプラズマが達成できるため、本実施の形態のシリコン基板加工用の方法として適している。
【００３３】
図３（ｅ）は、貫通孔１０５を開けたシリコン基板裏面側よりスパッタによりシースメタル層を形成した状態である。例えば、電解銅メッキを行う場合はシースメタル層チタン（Ｔｉ）１０６及び銅（Ｃｕ）１０７を形成することになる。シースメタル層チタン（Ｔｉ）１０６は、シリコン基板１０１と銅（Ｃｕ）１０７の密着力を向上させるために形成するものであり、チタン（Ｔｉ）の代わりに、クロム（Ｃｒ）の金属膜でも同様の効果を得ることができる。
【００３４】
図３（ｆ）は、メンブレン構造部にレジスト２０２を形成した状態である。
【００３５】
図３（ｇ）は、電解メッキにより金属膜１０８を生成した状態であり、レジスト膜２０２を形成した部分には電解メッキによる金属膜は生成されないことになる。
【００３６】
続いて、図３（ｆ）で形成したレジストを除去し、電解メッキで生成した金属膜部分（貫通孔外周部及び基板裏面）に新たにレジスト２０３を形成した状態が図３（ｈ）である。このとき貫通孔エッジ部（Ｃ部）で示した箇所において、レジスト２０３が完全に被覆されていなかったとしても、メンブレン構造部のシースメタル層をウエットエッチングする際には、貫通孔エッジ部（Ｃ部）においてはすでに電解メッキによる金属膜１０８が生成されており、金属膜の厚みが厚くなっているため、断線を防ぐことができる。
【００３７】
図３（ｉ）は、メンブレン構造部のシースメタル層１０６、１０７をウエットエッチングした後、貫通孔外周部及び基板裏面のレジスト２０３を除去した状態を示している。ここで、シリコン基板表面の金属膜と基板裏面の金属膜はメンブレン構造外周部（Ａ部）において電気的に接続された構造である。
【００３８】
シリコン基板表面の金属膜と基板裏面の金属膜とがメンブレン構造外周部（Ａ部）において電気的に接続された構造を形成するための上記と異なる製造方法を図４に示す。
【００３９】
図４（ａ）は、図３（ｇ）において電解メッキ後、金属膜３０１をスパッタした状態を示している。金属膜３０１はシースメタル層１０６、１０７と異なる金属膜にする。例えば、シースメタル層１０６をチタン（Ｔｉ）、１０７を銅（Ｃｕ）とすれば、金属膜３０１はクロム（Ｃｒ）などの金属膜とする。
【００４０】
図４（ｂ）は、金属膜３０１のうちメンブレン構造部の金属膜とメンブレン構造部のレジストとを、レジスト剥離液を用いるなどして除去し、電解メッキを生成した貫通孔外周部及び基板裏面上のみを金属膜３０１で被覆した状態である。
【００４１】
続いて、ウエットエッチングによりメンブレン構造部のシースメタル層１０６、１０７を除去した状態を示したものが図４（ｃ）である。このとき金属膜３０１がシースメタル層と異なる金属であるため、貫通孔外周部及び基板裏面の金属膜がエッチングされることはない。このときも同様にシリコン基板表面と基板裏面の金属膜はメンブレン構造外周部（Ａ部）において電気的に接続された状態となる。
【００４２】
図５は図３（ｆ）において基板表面の全面にレジスト４０１を形成したものである。これは電解メッキにより基板裏面に金属膜を形成する時、基板表面の信号用配線がメッキ液にさらされるのを防ぐために形成した保護膜の役割を有するものであり、基板裏面の金属膜を形成した後、貫通孔底部のレジスト２０２と同時に取り除けばよい。
【００４３】
なお、保護膜として、レジスト４０１の代わりに保護シートを貼り付けても良い。
【００４４】
以上のような高周波回路製作方法を実施すれば、安価で容易に入手可能であり、かつ加工性が高いシリコン基板を使って、銅などの金属板を用いる金属複合基板により製作する高周波回路と同等の放熱特性及び電磁的シールドの効果を持つ高周波回路を製作する方法を提供でき、金属複合基板を用いる際の課題となっているメンブレン構造型高周波回路を製作可能とし、高周波回路の製造効率を高め、高周波特性に優れた高周波回路を製作することができる。例えば、パターン変更があった場合に、マスクを変更するだけで、形状に応じたメンブレン構造を容易に形成することができる。
【００４５】
また、このような製作方法で作製された高周波回路を用いることで、信頼性の高い、通信端末装置や基地局装置、無線計測装置、レーダー装置等の各種無線装置を作製することができる。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、安価で容易に入手可能で且つ加工性が高いシリコン基板を用いて、銅などの金属板を用いた金属複合基板にて製作する高周波回路と同等の放熱特性及び電磁的シールドの効果を持つ高周波回路を製作することが可能となり、金属複合基板を用いる際の課題となっているメンブレン構造型の高周波回路をも製作可能とし、高周波回路の製造効率を高め、高周波特性に優れた高周波回路及びそれを用いた各種無線装置を製作することが可能となるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による高周波回路基板の一例を示す断面図
【図２】本発明の一実施の形態による高周波回路基板の製作方法の前半の各工程での断面図
【図３】本発明の一実施の形態による高周波回路基板の製作方法の後半の各工程での断面図
【図４】本発明の一実施の形態による高周波回路基板の製作方法を示す各工程での断面図
【図５】本発明の一実施の形態による高周波回路基板の製作方法の一工程を示す断面図
【図６】従来の高周波回路基板を示す断面図
【図７】従来のメンブレン構造型高周波回路基板を示す断面図
【図８】従来の高周波回路基板の製作方法を示す各工程での断面図
【符号の説明】
１０１  シリコン基板
１０２  誘電体膜
１０３、１０８  信号用配線
１０４  スルーホール内の配線
１０５  貫通孔
１０６、１０７  シースメタル層
１０９  キャップ
２０１  スルーホール
２０２、２０３  レジスト膜
３０１  金属膜
４０１  レジスト膜
６０１、７０１  金属板
【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】
2004179380.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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