(57)【要約】【課題】  本発明は構造簡単かつ製造が容易で急峻な減衰特性を発揮できる高周波フィルタを得ることを目的とする。【解決手段】  本発明は、少なくとも表面が導電性とされた基板１と誘電体層２と配線ライン３とを具備し、誘電体層に複数の孔部２Ａ、２Ｂ、２Ｃが離間して形成され、複数の孔部間に誘電体層からなる橋脚部２Ｄ、２Ｅが形成され、配線ラインの一部が孔部の開口部上を通過され、配線ラインの一部から延出形成された分岐ライン３Ｄ、３Ｅが橋脚部上に接するように形成され、分岐ライン下の橋脚部が容量成分とされてなるものである。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも表面が導電性とされた基板と、該基板上に形成された誘電体層と、該誘電体層上に形成された配線ラインとを具備してなり、前記誘電体層に該誘電体層をその厚さ方向に貫通して前記基板に達するように複数の孔部が離間して形成され、前記複数の孔部間に前記誘電体層の一部からなる橋脚部が形成されるとともに、前記配線ラインの少なくとも一部が前記孔部の開口部上を通過され、他の部分が前記誘電体層上に接するように設けられる一方、前記配線ラインの一部から延出形成された分岐ラインが前記橋脚部上に接するように形成され、前記分岐ライン下の前記橋脚部が前記分岐ラインと前記表面導電性の基板に挟まれる容量成分とされてなることを特徴とする高周波フィルタ。
【請求項２】
前記孔部の開口部上を通過する配線ラインが前記孔部に対して橋掛け状態に形成され、前記開口部上を通過する配線ラインが前記孔部内の空気を誘電体とするブリッジ線路とされてなることを特徴とする請求項１に記載の高周波フィルタ。
【請求項３】
前記誘電体層が５０μｍ以上、４００μｍ以下の厚さに形成されてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の高周波フィルタ。
【請求項４】
前記誘電体層がポリテトラフルオロエチレンあるいはポリイミドからなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の高周波フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマイクロストリップライン等の高精細な配線回路パターンを備えた配線基板に好適に用いられる高周波フィルタの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
樹脂基板などの有機材料系の基板上に高周波フィルタを回路パターンと一体で形成することは、コストの面あるいは別部品の接合作業が不用なため、性能の面でも好ましいと考えられる。そこで、回路パターンと高周波フィルタを基板上に一体形成するという試みがなされている。しかし、数ＧＨｚ〜数１０ＧＨｚ帯域の高周波フィルタを基板上に作成した場合、Ｑ値（品質係数）の高いものを得ることは難しい問題がある。Ｑ値の高いフィルタが得られない場合、必要とする帯域の阻止域での信号の通過が生じ、基板を含めた高周波モジュール商品としての性能が低下する問題がある。また、満足なＱ値が得られないと、この種の高周波帯域用のモジュールの設計において制約が生じ、無理な設計を強いられることになる。その為、数ＧＨｚ〜数１０ＧＨｚ帯域においてＱ値の高い、換言すると信号の減衰特性が急峻な特性を示す高周波フィルタの実現が望まれている。
【０００３】
このような背景から以下の特許文献１では、空気を誘電体層の一部として使用するために、低損失の薄い有機膜を支持体として使用し、配線パターンを空中に浮かせて設けるという構造を採用している。例えば特許文献１の図４、図５に示す如くシリコン基板４０１に貫通穴４０２が形成され、この貫通穴４０２の部分にストリップ導体４０４が設けられているメンブレン構造あるいはサスペンド構造と呼ばれる構造が記載されている。このメンブレン構造を製造するために特許文献１に記載の技術では、図１４に示す如くシリコン基板１４０１上に誘電体有機薄膜と導電薄膜を積層してからフォトリソグラフィ工程を行って配線１４０３を形成した後、シリコン基板１４０１の裏面側から誘電体薄膜まで達するようにエッチングを行って貫通穴１４０４を形成している。この構造によれば、Ｑ値の高い素子を実現できるとされている。
【０００４】
次に、以下の特許文献２に記載された構成ではマイクロ波伝送線路において支持体６により誘電体基板２上に空気層を介して隔離導体１を浮遊状態で設けた構成が記載されている。
【特許文献１】特開２００２−２２２９１２号公報
【特許文献２】特開平６−９７７０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
先に説明した特許文献１に記載の技術でメンブレン構造を製造する場合、製造方法が複雑になるとともに、薄い誘電体の有機薄膜を配線の支持体として用いているので、シリコン基板１４０１のエッチング時に薄い有機薄膜のみを残してシリコン基板１４０１のみを完全に除去するエッチングを行うことは技術的に難しく、エッチングの精度により薄い有機薄膜に損傷を与える可能性もあり、信頼性に問題が生じやすく、安価な工程で信頼性の高い構造でＱ値の高いものを得ることが望まれている。
次に先に説明した特許文献２に記載のマイクロ波伝送線路では部分的に分布定数素子を作成する場合に採用することは可能であり、例えばインダクタの形成は可能であるものの、フィルタを形成するためのキャパシタ成分（容量成分）をどのように構成するかは記載されていない。このため特許文献２に記載の技術では１つの機能を有する素子、例えばインダクタとしての性能が得られるのみであるので、インダクタとキャパシタ成分の両方を備えるフィルタ素子の実現が望まれる。
【０００６】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、高周波フィルタを構成するためのインダクタ成分とキャパシタ成分を連続一体化できる構成を採用し、Ｑ値が高く構造が簡単で低コストで製造可能であり、信頼性の高い高周波フィルタの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、少なくとも表面が導電性とされた基板と、該基板上に形成された誘電体層と、該誘電体層上に形成された配線ラインとを具備してなり、前記誘電体層に該誘電体層をその厚さ方向に貫通して前記金属基板に達するように複数の孔部が離間して形成され、前記複数の孔部間に前記誘電体層の一部からなる橋脚部が形成されるとともに、前記配線ラインの少なくとも一部が前記孔部の開口部上を通過され、他の部分が前記誘電体層上に接するように設けられる一方、前記配線ラインの一部から延出形成された分岐ラインが前記橋脚部上に接するように形成され、前記分岐ライン下の前記橋脚部が前記分岐ラインと前記表面導電性の基板に挟まれる容量成分とされてなることを特徴とする。
本発明において、前記孔部の開口部上を通過する配線ラインが前記孔部に対して橋掛け状態に形成され、前記開口部上を通過する配線ラインが前記孔部内の空気を誘電体とするブリッジ線路とされてなることを特徴とする。
本発明において、前記誘電体層が５０μｍ以上、４００μｍ以下の厚さに形成されてなることが好ましい。
本発明において、前記誘電体層がポリテトラフルオロエチレンあるいはポリイミドからなることが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明において誘電体層の孔部上に設けられた配線ラインの一部は周囲が空気であるので、誘電損失が少なく、無負荷Ｑが高い。また、配線ラインから分岐された分岐ラインの部分を誘電体層を残した橋脚部の部分で支持し、同時に容量を構成するので、配線ラインの機械的強度を強化することができ、信頼性向上に寄与する。また、誘電体層からなる橋脚部の部分で容量を構成するので、表面導電性の基板上の配線ラインの下に容量を作り込むことが出来、容量の小型化を達成できる。特に空気中に橋掛け状態で配線ラインを設けることで配線ラインのインダクタとしての低損失化に寄与させることが出来、これにより高周波フィルタとしての高性能化、特に高いＱ値を実現できる。
【０００９】
本発明で用いる誘電体層として、５０〜４００μｍ程度の厚さのものが好ましく、この範囲の厚さにすることでマイクロストリップラインとして配線ラインを見た場合に好適な配線幅とすることができ、高周波フィルタとしてのサイズの小型化に寄与する。
また、誘電体層としてポリテトラフルオロエチレンを用いることで低い誘電率（ε）、低い誘電正接（tanδ）を得ることが容易にできるとともに、誘電導体層としてポリイミドを用いることで高誘電率（ε）のものを得ることができ、高周波フィルタの目的に合わせて使い分けが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に、本発明に係る第１の実施の形態の構成について図面を参照して説明する。
図１と図２は金属基板の上に誘電体層と配線ラインを形成してなる本発明に係る高周波フィルタの一形態を示すもので、この形態の高周波フィルタＦは、平板状の表面導電性の基板１とその上に形成された有機材料層からなる誘電体層２と、その上に形成された導電材料からなる配線ライン３とを具備して構成されている。
前記基板１は全体が金属製の基板でも良いし、表面導電性のシリコン基板や樹脂基板の表面部分にメッキ層を形成して導電性を付与した表面導電性の基板のいずれを用いても良い。
前記誘電体層２はポリテトラフルオロエチレンあるいはポリイミド等の有機材料のシートあるいは基板を加工してなり、この形態では平面視矩形状の孔部２Ａ、２Ｂ、２Ｃが誘電体層２の厚さ方向を基板１側まで貫通するように、かつ、互いに平面視状態で隣接するように併設され、孔部２Ａと孔部２Ｂとの間に細長い第１の橋脚部２Ｄが形成され、孔部２Ｂと孔部２Ｃとの間に細長い第２の橋脚部２Ｅが形成されている。この誘電体層２は例えば厚さが５０μｍ以上、４００μｍ以下、より望ましくは８０μｍ以上、２００μｍ以下の厚さに形成されるので、薄膜ではなくシート状あるいは板状に形成されている。
ここで誘電体層２の厚さが５０μｍ未満では充分な容量を確保するための厚さが不足するので配線ライン３の幅をより細くしなくてはならなくなり、その場合に配線ライン３の幅が細くなりすぎて製造することができなくなるおそれを有する。逆に誘電体層２の厚さが４００μｍを超えると高周波フィルタ全体のサイズが大きくなりすぎるおそれを有する。これは、誘電体層の厚さを大きくすると、配線ライン３と基板１との相対間隔が大きくなりすぎて大型化につながるという問題のためである。
【００１１】
前記配線ライン３は銅箔あるいはアルミニウム箔から、あるいは、銅層、ＮｉＡｌメッキ層または貴金属メッキ層などの各種導電材料からなり、幅１０〜１００μｍ、例えば幅５０μｍ程度、厚さ数μｍ〜数１００μｍ程度のものであり、高周波電流が印加されるものである。そして、前記配線ライン３は孔部２Ａ、２Ｂ、２Ｃの開口部上を橋掛け状に掛け渡す形で直線状に延出形成され、その両端部３Ａ、３Ｂを誘電体層２の両端側上面に接触させて配置されている。また、誘電体層２の孔部２Ａ、２Ｂ間に位置する橋脚部２Ｄの上に配線ライン３を延出させてなる直線状の分岐ライン３Ｄが形成されるとともに、誘電体層２の孔部２Ｂ、２Ｃ間に位置する橋脚部２Ｅの上に配線ライン３を延出させてなる直線状の分岐ライン３Ｅが形成されている。
これらの分岐ライン３Ｄ、３Ｅは配線ライン３と同じ材料からなり、配線ライン３と同じ幅で同じ厚さの層から、あるいは、必要な容量に応じて幅１００〜３００μｍ程度、例えば２５０μｍ程度に形成されてなる。
また、誘電体からなる橋脚部２Ｄがその上に位置する配線ライン３の一部及び分岐ライン３Ｄと、橋脚部２Ｄの下に位置する表面導電性の基板１とに挟まれた構成とされているので、前記配線ライン３の一部及び分岐ライン３Ｄと基板１とに挟まれた誘電体層２の部分により容量を構成することができる。また、誘電体からなる橋脚部２Ｅがその上に位置する配線ライン３の一部及び分岐ライン３Ｅと、橋脚部２Ｅの下に位置する表面導電性の基板１とに挟まれた構成とされているので、前記配線ライン３の一部及び分岐ライン３Ｅと基板１とに挟まれた誘電体層２の部分が容量を構成している。
更に、孔部２Ａ、２Ｂ、２Ｃの上に位置する配線ライン３の各部分の周囲は空気層であり空気中に浮かされた構成とされているので、空気層を誘電体層と見立てるブリッジ線路とされ、低損失化されている。
【００１２】
図１と図２に示す構造を実現するには、誘電体からなる基板を用い、この基板全面上に電極層を形成し、フォトリソグラフィ技術により必要な形状にトリミングして配線ライン３と分岐ライン３Ｄ、３Ｅを形成する。次に、ＣＯ２レーザ等の手段を用いて誘電体基板に穴あけ加工を施し、孔部２Ａ、２Ｂ、２Ｃを形成した後、基板１上に先の加工済みの誘電体基板を貼り付けることで図１と図２に示す高周波フィルタＦを得ることが出来る。なお、レーザによって穴あけ加工を施した場合微細な配線ライン３の下側に位置する誘電体基板の部分は溶融して除去されるので、配線ライン３は橋掛け状態で孔部２Ａ、２Ｂ、２Ｃの上に残ることとなる。
ここで誘電体基板を用いることで配線ライン３と分岐ライン３Ｄ、３Ｅは所定厚みを有する誘電体基板で裏面側から支持されるので、加工中も配線ライン３と分岐ライン３Ｄ、３Ｅは確実に支持される。従って従来構造の如く薄膜で支持される配線にエッチングで加工する場合と異なり、マイクロストリップライン等の微細配線であっても配線ライン自体および分岐ライン自体の信頼性は向上する。
【００１３】
図１と図２に示す構成では、容量成分を直線状でオープンスタブ型（一端開放型）の分岐ライン３Ｄ、３Ｅと基板１との間に挟まれている橋脚部２Ｄ、２Ｅで構成したので容量成分を分布定数素子域とすることができる。また、誘電体層２の構成材料をポリテトラフルオロエチレンとした場合に低誘電率（ε）、低誘電正接（tanδ）とすることができ、ポリイミドとした場合に高誘電率（ε）とすることが容易にでき、求める誘電率や誘電正接に合わせて構成材料をポリテトラフルオロエチレンとするかポリイミドにするかを選択することで調整することができる。
【００１４】
図３と図４は本発明に係る高周波フィルタをローパスフィルタに適用した第２の実施の形態を示すもので、この形態のローパスフィルタＬＦは金属基板１０上に樹脂基板（誘電体基板）１１が設置され、樹脂基板１１の幅方向中央部に間欠的にスリット部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃが形成されて樹脂基板１１の中央部に２つの橋脚部１１Ｄ、１１Ｅが形成されるとともに、スリット部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃに沿ってこれらのスリット部よりも細い導体ライン１３が形成され、導体ライン１３の一部において橋脚部１１Ｄ、１１Ｅの上に位置する部分から橋脚部１１Ｄ、１１Ｅの上面に接して樹脂基板１１の端辺側に導体ライン１３の幅方向両側に向けて延出された幅広の分岐ライン１３Ａ、１３Ｂが形成されてなる。
この実施形態において樹脂基板１１は先の実施形態の誘電体層２と同じ誘電体材料からなり、導体ライン１３は先の実施形態の導体ライン３と同じ導電材料から構成されている。
この構成において例えば導体１３の一端部１３ａが入力端子とされ、導体１３の他端部１３ｂが出力端子とされている。
この構成においては例えばカットオフ周波数２０ＧＨｚのローパスフィルタとして使用することができる。その場合にカットオフ周波数付近での急峻な減衰特性を得ることができ、優れた性能を得ることができる。また、その他に製造しやすいこと、小型化できることなどについては先の第１の実施の形態の高周波フィルタの場合と同等の作用効果を得ることが出来る。
【実施例】
【００１５】
図３と図４に示す概略形状であり、樹脂基板（誘電体基板）を１００μｍ厚のポリテトラフルオロエチレン基板（tanδ＝０.００２、ε＝２.６）から構成し、その幅方向中央部に幅３００μｍのスリット部を３つ間欠的に形成し、更にこれらの上に配線ライン並びに延出ラインを設けたカットオフ周波数２０ＧＨｚのローパスフィルタを製造した。
第１のスリット部は幅３００μｍ、長さ９２１μｍ、第２のスリット部は幅３００μｍ、長さ１５８８μｍ、第３のスリット部は幅３００μｍ、長さ９２１μｍとした。また、第１のスリット部と第２のスリット部との間、及び第２のスリット部と第３のスリット部の間にはスリット部の間に挟まれる形で樹脂基板を残して幅３００μｍ、長さ９３７μｍの橋脚部を設けた。
これら第１〜第３のスリット部の上にスリット部の長さ方向に沿って幅５０μｍ、厚さ２０μｍのＣｕ薄膜からなる配線ラインを形成し、更に橋脚部の上には導体ラインをその幅方向両側に延出させた形状の平面視矩形状の延出ラインを形成した。ここで橋脚部を含む樹脂基板上に設けられている導体ラインとその幅方向両側に形成された延出ラインとを合わせた平面視矩形状の部分の大きさは長さ９３７μｍ、幅１０００μｍとした。
これらの各寸法と得られた素子の容量を以下の表１にまとめて示す。
【００１６】
「表１」
素子長さ（μｍ）      素子値                素子幅（μｍ）
Ｌ１        ９２１        ０.３９７３（ｎＨ）          ５０
Ｌ２      １５８８        ０.７２７５（ｎＨ）          ５０
Ｃ１        ９３７        ０.２１８８（ｐＦ）      １０００
＊各素子長さはアジレント社製ＡＤＳにより算出した。
【００１７】
上述の構成のローパスフィルタの減衰量の周波数特性を測定した結果を図５に示す。また、比較のために、図３、図４に示す構成においてスリット部のみを略して他の部分は同等の構成としたローパスフィルタ（比較例）の特性と併せて示す。
図４に示す周波数特性の測定結果から、スリット部を設けた実施例のローパスフィルタの方がスリット部を設けていない比較例のローパスフィルタよりもカットオフ特性の急峻な特性を得られることが明らかになった。
【００１８】
次に、図３と図４に示す構成を基本として樹脂基板の厚さを変更して製造したローパスフィルタを複数試作し、各々のローパスフィルタの特性を測定した。
まず、導体ラインの幅を５０μｍに保ったまま樹脂基板厚と導体ラインの長さを変化させた場合に確保できるＬ値は、樹脂基板厚６０μｍとした場合に最大Ｌ値０.６９７１（ｎＨ）となり、基板厚５０μｍとした場合に最大Ｌ値０.８５９０（ｎＨ）となり、必要値である０.７２７５（ｎＨ）をとることができなかった。従って樹脂基板厚は６０μｍを超える値が必要であり、現実的には８０μｍ以上は必要であると思われる。このことから、樹脂基板厚は導体ライン幅５０μｍの場合に６０μｍ以上、８０μｍ以上が望ましいと考えられるが、導体ライン幅を多少調整することである程度対応は出来るので、総合的に鑑みて樹脂基板厚は５０μｍ以上であることが必要と思われる。
【００１９】
次に、容量素子の幅を１０００μｍに保ち、樹脂基板厚を変化させた際の必要な容量値を得られる素子長さを求めた結果を以下の表２に示す。
「表２」
樹脂基板厚（μｍ）：  素子長さ（μｍ）
１００                  ９３７
１５０                １４２７
２００                １９００
２５０                ２３７５
３００                ２８５０
４００                ３８００
【００２０】
表２に示す結果から樹脂基板厚を厚くした場合、容量素子のサイズを大きくしなければ十分な容量値を確保することができないことが判明した。このように基板厚を厚くするにつれて容量素子のサイズが大きくなってしまうことが判明した。ここで樹脂基板厚を４００μｍを超える値とすると、素子サイズが大きくなりすぎると思われ、素子の小型化の趣旨から外れるので、基板厚は４００μｍ以下でできるだけ小さく抑えることが好ましいと思われ、小型化の趣旨からは２００μｍ以下がより好ましいと思われる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は本発明に係る高周波フィルタの第１の実施の形態を示す平面図。
【図２】図２は同第１の実施の形態を示す側面図。
【図３】図３は本発明に係る高周波フィルタをローパスフィルタに適用した第２の実施の形態を示す平面図。
【図４】図４は図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図。
【図５】図５は実施例で得られたローパスフィルタの試験結果と比較例の試験結果を示す図。
【符号の説明】
【００２２】
１、１０…基板、２…誘電体層、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ…孔部、３…配線ライン、３Ｄ、３Ｅ…延出ライン、１１…樹脂基板（誘電体層）、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ…スリット部（孔部）、１１Ｄ、１１Ｅ…橋脚部、１３…配線ライン、１３Ａ、１３Ｂ…延出ライン、Ｆ…高周波フィルタ、ＬＦ…ローパスフィルタ。
【図１】
2005136878.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005136878.tif 000005
【図４】
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【図５】
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