(57)【要約】【課題】  大面積／長尺用基板であっても容易に製造することができる高周波回路基板を提供する。【解決手段】  本発明の高周波回路基板は、地導体１と、前記地導体１の上面に形成された誘電体層３と、前記誘電体層３の上面に形成された回路導体４とを備える。前記誘電体層３は複数の誘電体ブロック２が隣接配置されて構成される。前記回路導体４は前記誘電体ブロック２に設けられた部分回路導体と前記部分回路導体を接続する接続導体とで構成することができる。前記誘電体ブロック２の材質は、誘電損失の小さい多孔質材が好適であり、誘電体ブロック２を隣接配置することによって任意サイズの誘電体層を容易に形成することができる。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地導体と、前記地導体の表面に形成された誘電体層と、前記誘電体層の前記地導体の反対側表面に形成された回路導体とを備え、
前記誘電体層は複数の誘電体ブロックが隣接配置されて構成された高周波回路基板。
【請求項２】
前記回路導体は前記誘電体ブロックに設けられた部分回路導体と前記部分回路導体を接続する接続導体とで構成された請求項１に記載した高周波回路基板。
【請求項３】
隣接する誘電体ブロックは０．０１〜１．０mm幅の隙間を隔てて配置された請求項１または２に記載した高周波回路基板。
【請求項４】
前記誘電体ブロックは前記地導体および前記回路導体に接着された請求項１から３のいずれか１項に記載した高周波回路基板。
【請求項５】
前記誘電体ブロックは平面形状が埋め尽くし形状の多角形である請求項１から４のいずれか１項に記載した高周波回路基板。
【請求項６】
前記誘電体ブロックは比誘電率が１．５以下、誘電正接が０．００１以下の誘電体材料で形成された請求項１から５のいずれか１項に記載した高周波回路基板。
【請求項７】
前記誘電体材料は多孔質材料である請求項６に記載した高周波回路基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナ基板などの準ミリ波〜ミリ波帯の高周波回路基板に係り、特に大面積／長尺のものとして好適な基板構造を提供する。
【背景技術】
【０００２】
従来から準ミリ波〜ミリ波帯のアンテナとして、開口面アンテナ（パラボラアンテナ、ホーンアンテナ）、平面アンテナ（パッチアンテナ、スロットアンテナ）が利用されている。とりわけ地導体に積層形成された誘電体層の上にマイクロストリップ回路（回路導体）を形成したパッチアレーアンテナは、小型、軽量でかつ指向性の制御が容易なことから、小型、軽量化を目指した準ミリ波〜ミリ波機器のアンテナとして注目されている。
【０００３】
前記パッチアレーアンテナのアンテナゲインは、集積する単位パッチの数と、これを接続する給電線の損失によっておおよそ決定される。すなわち、高いアンテナゲインを得るためには、集積する単位パッチの数を多くするとともに、給電線の損失を極限まで小さくすることが必要となる。給電線の損失は、マイクロストリップの導体損失と誘電体層の誘電損失からなる。とりわけ誘電損失は、信号周波数が高くなるにつれて大きくなり、通常のマイクロストリップ回路における誘電損失は周波数２５ＧＨｚで給電線全損失の約半分、６０ＧＨｚで２／３程度を占める。高周波回路基板の誘電損失は、εｒ（誘電体の比誘電率）、ｔａｎδ（誘電体の誘電正接）に比例するため、εｒおよびｔａｎδがともに小さい材料が本質的に有利である。
【０００４】
前記誘電体層を備えた高周波回路基板として、準ミリ波以上の周波数では、例えば特開平５−１６７３３２号公報（特許文献１）に記載されているように、カラス繊維にテフロン（登録商標）などのフッ素樹脂が含浸されたフッ素樹脂基板が用いられることが多い。市販のフッ素樹脂基板の誘電特性は、εｒ＝２．２、ｔａｎδ＝〜１０-3（６０ＧＨｚ）程度である。
【０００５】
近年、誘電損失を低減させるため、誘電体層を多孔質層で形成した基板（多孔質基板）が用いられるようになってきており、多孔質基板を使えばεｒ、ｔａｎδとも上記フッ素樹脂基板よりも格段に低減することができる。例えば、シリカの多孔質体であるシリカエアロゲルでは、εｒ＝１．５、ｔａｎδ≦１×１０-4（６０ＧＨｚ）程度が得られ、上記フッ素樹脂基板に対して誘電損失を１／１０以下にすることができる。すなわち、シリカエアロゲルを誘電体材料として使用したパッチアレーアンテナでは、フッ素樹脂を使用したものに比べて、設計にもよるが３倍＝５ｄｂ程度の高いアンテナゲインを得ることができる。
【０００６】
前記誘電体層を多孔質材で形成する方法としては、例えば、特開平１０−１９４７２０号公報（特許文献２）には、骨格原料であるアルコキシシラン、水および孔源材料である界面活性剤を混合、反応させ、シリカ（骨格材料）で形成された骨格部と界面活性剤で形成された孔源部からなるシリカ／界面活性剤複合体（一次膜）を形成した後に、熟成、乾燥、焼成する方法が開示されている。また、高温焼成により孔源材料を除去する際に、骨格部が収縮変形するのを防止するため、特開２００１−５５５０８号公報（特許文献３）には、界面活性剤を乾燥抽出する手段として超臨界流体を用いることが提案されている。超臨界流体を利用するプロセスでは毛管収縮力が働かないため、抽出時における対象構造物の変形を非常に少なくすることができるからである。
【特許文献１】特開平５−１６７３３２号公報
【特許文献２】特開平１０−１９４７２０号公報
【特許文献３】特開２００１−５５５０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のように、シリカエアロゲルにより誘電体層を形成した多孔質基板は高周波損失などからみた基板の本質的性能ではフッ素樹脂基板を凌駕しているが、特に製造プロセスの制限から大面積／長尺の基板を得ることが困難である。すなわち、準ミリ波〜ミリ波帯で実用的ゲイン（２５〜３０ｄＢｉ）の平面アンテナや、高周波伝送線路を実現するためには、１０〜１５ｃｍ角程度以上の大面積基板や、数メーターオーダーの長尺基板が必要となるが、シリカエアロゲルなど高性能多孔質基板の製造には上記のように超臨界乾燥抽出プロセスが用いられるため、所望の基板サイズが処理可能な超臨界乾燥／抽出装置（チャンパー）を使わなければならず、大型かつ高価な製造装置が必要になる。
本発明はかかる問題に鑑みなされたもので、大面積／長尺用基板であっても製造装置サイズに制約されることなく、容易に製造することができる高周波回路基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の高周波回路基板は、地導体と、前記地導体の表面に形成された誘電体層と、前記誘電体層の前記地導体の反対側表面に形成された回路導体とを備え、前記誘電体層は複数の誘電体ブロックが隣接配置されて構成されたものである。
本発明の高周波回路基板によると、誘電体層が複数の誘電体ブロックが隣接配置されて構成されたものであるので、誘電体層の平面サイズに拘わらず、適宜サイズの誘電体ブロックを形成して、これを隣接配置することによって所望サイズの誘電体層を形成することができるため、特に大形サイズの形成が困難な多孔質誘電体層を有する高周波回路基板の構造として好適である。
【０００９】
前記高周波回路基板において、前記回路導体を前記誘電体ブロックに設けられた部分回路導体と前記部分回路導体を接続する接続導体とで構成することができる。この実施形態では、部分回路導体付きの誘電体ブロックを隣接配置し、部分回路導体を接続するだけで、所望の回路導体を形成することができ、大形の回路導体であっても、パターニングプロセス装置の製造サイズに制約されることなく、所望の大形基板を容易に製造することができる。
【００１０】
また、前記高周波回路基板において、接着隣接する誘電体ブロックの隙間は０．０１〜１．０mm程度の幅にすることが好ましく、また前記誘電体ブロックの平面形状は埋め尽くし形状の多角形とすることが、隣接配置が容易で、良好な回路特性を有する誘電体層を形成する上で好ましい。前記誘電体ブロックと地導体、回路導体とは接着により固定すればよく、これによって誘電体ブロックを容易に隣接配置することができる。また、前記誘電体ブロックは誘電損失の低減のため、比誘電率が１．５以下、誘電正接が０．００１以下の誘電体材料が好ましく、このような特性を有するものとして多孔質材が好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の高周波回路基板によれば、誘電体層が複数の誘電体ブロックが隣接配置されて構成されたものであるので、誘電体層の平面サイズに拘わらず、適宜サイズの誘電体ブロックを形成して、これを隣接配置することによって所望サイズの誘電体層を容易に形成することができるため、特に大形サイズの形成が困難な多孔質誘電体層を有する高周波回路基板を容易に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の高周波回路基板について説明する。
図１および図２は、第１実施形態にかかる多孔質高周波回路基板を示しており、地導体１と、前記地導体１の上に多数の誘電体ブロック２が敷き詰められて構成された誘電体層３が設けられ、その誘電体層３の上に回路導体４が設けられている。
【００１３】
前記地導体１、回路導体４としては、銅、銅合金板などの導電性に優れた各種金属材料を用いることができる。その大きさは目的とする高周波回路によって任意に決定することができる。
【００１４】
前記誘電体層３を構成する誘電体ブロック２は、図例では平面形状が長方形をしており、例えばシリカなどの無機質骨格で形成された多孔質材によって形成されている。前記多孔質材の空孔率は高いほど、比誘電率が低下して空気に近くなる。このため空孔率は５０％以上あることが好ましいが、強度確保の点からは９０％以下とすることが望ましい。誘電体ブロック２のサイズは、地導体１のサイズに合わせて形成する必要はなく、平面寸法において一辺が十mm〜数十mm程度で十分である。前記誘電体ブロック２を地導体１の上に隣接配置して敷き詰めることにより、地導体１の平面サイズに対応した、適宜サイズの誘電体層３を容易に形成することができる。なお、本発明において、前記誘電体ブロック２の材料として、フッ素樹脂などの各種誘電体材料を用いることができるが、比誘電率が１．５以下、誘電正接が０．００１以下の誘電体材料が誘電損失低減の点から好ましい。前記多孔質材はこのような特性を容易に得ることができるので、誘電体材料として好適である。
【００１５】
前記誘電体ブロック２と隣接する誘電体ブロック２との隙間は、敷き詰め精度から０．０１〜１．０mm程度が望ましいが、無くても実用上問題はない。また、隣接する誘電体ブロック２，２間に隙間を設けた場合、その隙間に適宜の誘電体を充填してもよいが、空気や真空によって誘電体ブロック同士を分離するだけで十分である。特に、前記隙間が高周波の波長に対して十分小さく、かつ誘電体ブロックを比誘電率が空気に近い、空孔率が７０％程度以上の多孔質材で形成したときは、誘電体ブロック間の隙間が空気（真空）の場合、高周波特性に与える影響は小さく、誘電体ブロックで形成した誘電体層であっても連続した誘電体層と同等に取り扱うことができる。
【００１６】
前記地導体１の上面への誘電体ブロック２の固定、あるいは誘電体ブロック２で構成された誘電体層３の上面への回路導体４の固定は接着剤、接着シートを用いて接着すればよい。接着層の誘電率、厚さは、基板全体の特性に影響を与えないように出来るだけ小さくすることが好ましい。
【００１７】
また、前記誘電体ブロック２の平面形状は前記長方形に限らず、正方形を含む平行四辺形や正六角形などの埋め尽くし形状（充填形）が好ましい。もっとも、頂点部が破損し難いように各頂点における内角が９０°以上の多角形が好ましい。長方形や正方形の場合、図２のように正方格子状に敷き詰めてもよく、図３に示すように千鳥格子状に敷き詰めてもよい。
【００１８】
ここで、第１実施形態の高周波回路基板について、さらに実施例を挙げて製造方法と共に具体的に説明する。
地導体１として、平面サイズが１０cmｘ１０cm、厚さが１mmの銅合金板を準備した。また、誘電体ブロック２として、シリカエアロゲル体からなる多孔質ブロックを準備した。この多孔質ブロックは、ＴＭＯＳ（テトラメトキシシラン）を加水分解、縮重合させた前駆体（ゾル液）をキャスト法により成形型に充填し、超臨界乾燥により孔源材料（界面活性剤）を溶媒除去して形成されたものである。得られたシリカエアロゲル体の平面形状は９．９mmｘ９．９mmの正方形であり、厚さは２５０μm であった。また、その誘電特性は、比誘電率＝１．５、誘電正接＝１×１０-4であった。
【００１９】
前記地導体１の上に前記シリカエアロゲル体の誘電体ブロック２を正方格子状に敷き詰め、誘電体層３を形成した。誘電体ブロック２同士の隙間は０．２mmとした。このようにして形成された誘電体層３上に、地導体１と同じ平面サイズで厚さ５０μm の銅箔（回路形成用導体）を貼り付け、前記銅箔をエッチングによりパターニングしてマイクロストリップ形状の回路導体４を形成した。この実施例によれば、１０mm角以下の小形の誘電体ブロックを用いて、これより表面積が１００倍以上の大面積の高周波基板を容易に製造することができた。
【００２０】
次に、図４を参照して第２実施形態にかかる多孔質高周波回路基板について説明する。なお、前記第１実施形態の多孔質高周波回路基板と同部材は同符号を付して説明を省略あるいは簡略することとし、相違点を中心に説明する。
【００２１】
この多孔質高周波回路基板は、帯板状の地導体１と、前記地導体１の上に一列状に隣接配置され、接着により固定された方形状誘電体ブロック２によって形成された誘電体層３と、その誘電体層３の上に直線状に形成された回路導体４とで構成されている。前記回路導体４は、各誘電体ブロック２の上に接着された部分回路導体５と、前記部分回路導体５を接続する接続導体６で構成されており、前記接続導体６と部分回路導体５とはろう付けや導電性接着剤によって接合されている。
【００２２】
この実施形態の高周波回路基板は、誘電体ブロック２を地導体１に配置する前に、予め、誘電体ブロック２に銅箔などの部分回路形成用導体を付設し、前記回路形成用導体をエッチングによりパターニングして部分回路導体５を形成した部分回路導体付き誘電体ブロック２を地導体１の上に隣接配置し、部分回路導体５同士を接続導体６で接続することによって製造することができる。前記部分回路導体５の形成については、部分回路形成用導体を所望の回路形状にパターニングして製作した部分回路導体５を準備し、これを誘電体ブロック２に貼り付けてもよい。
【００２３】
このように、本実施形態では、回路導体４も誘電体ブロック２と共に分割形成することができるので、回路導体２のサイズが大きい場合でも、パターニングプロセスにおける制約がないため、パターニングプロセス装置も小型のもので済むという利点がある。
【００２４】
前記地導体１、部分回路導体付き誘電体ブロック２の配置は、図４のものに限らず自由に設計することができる。例えば、部分回路付き誘電体ブロックと部分回路なし誘電体ブロックとを組み合わせて図２のような平面状基板を形成してもよい。勿論、回路導体の形状も図２や図４に限らず、所望の形状とすることができ、目的形状の回路導体が形成されるように部分回路付き誘電体ブロックを配置すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】第１実施形態に係る多孔質高周波回路基板の断面模式図である。
【図２】第１実施形態に係る多孔質高周波回路基板の斜視図である。
【図３】第１実施形態に係る多孔質高周波回路基板における誘電体ブロックの配置形態の他例を示す斜視図である。
【図４】第２実施形態に係る多孔質高周波回路基板の斜視図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  地導体
２  誘電体ブロック
３  誘電体層
４  回路導体
５  部分回路導体
６  接続導体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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