低温焼成セラミック基板構造体及びその製造方法
【課題】アンテナ素子などを形成するのに好適な低温焼成セラミック基板構造体を提供する。
【解決手段】この低温焼成セラミック基板構造体１は、誘電体層Ｉ１〜Ｉ８に導体層Ｃ１〜Ｃ８が設けられたシート層Ｓ１〜Ｓ８が複数個積層され焼成されて成り、裏面１ａ側に位置するシート層Ｓ８の導体層Ｃ８にグランド電極２が形成されたものにおいて、グランド電極２と表面１ｂ側に位置するシート層Ｓ１の導体層Ｃ１の放射電極４との間に、シート層Ｓ８とシート層Ｓ１間に位置する所定のシート層Ｓ３〜Ｓ６の所定箇所に空洞部３が設けられている。
【解決手段】この低温焼成セラミック基板構造体１は、誘電体層Ｉ１〜Ｉ８に導体層Ｃ１〜Ｃ８が設けられたシート層Ｓ１〜Ｓ８が複数個積層され焼成されて成り、裏面１ａ側に位置するシート層Ｓ８の導体層Ｃ８にグランド電極２が形成されたものにおいて、グランド電極２と表面１ｂ側に位置するシート層Ｓ１の導体層Ｃ１の放射電極４との間に、シート層Ｓ８とシート層Ｓ１間に位置する所定のシート層Ｓ３〜Ｓ６の所定箇所に空洞部３が設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナ素子などを集積するのに好適な低温焼成セラミック基板構造体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、高周波用の電子部品では、小型化や高性能化のために、低温焼成セラミック（ＬＴＣＣ）基板などの誘電体基板に、フィルタやアンテナ素子などの高周波回路を形成し集積することが行われている。例えば、特許文献１には、一部がフィルタを構成する導波線路とアンテナ素子を低温焼成セラミック基板などの誘電体基板に形成し集積したものが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１０２０２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、高周波信号は周波数（例えば、ミリ波帯）が高くなるにつれて伝送損失が大きく、また、アンテナ素子のような高周波回路は専有面積が大きく信号が伝送される距離も長い。よって、アンテナ素子などは、伝送損失をできるだけ抑制するよう誘電体は誘電率の低いもの（例えば、比誘電率が約２〜４の樹脂製など）を用いるのが望ましい。一方、信号処理を行うフィルタなどは、通常、比較的誘電率が高い（例えば、比誘電率が約４〜９の）低温焼成セラミック基板が用いられている。そのため、フィルタなどとともに集積しても良好な特性を得ることができるように、アンテナ素子などにおいて伝送損失を抑制できる低温焼成セラミック基板構造体が望まれる。
【０００５】
本発明は、係る事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、アンテナ素子などを形成するのに好適な低温焼成セラミック基板構造体及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の低温焼成セラミック基板構造体は、誘電体層に導体層が設けられたシート層が複数個積層され焼成されて成り、裏面側に位置するシート層の導体層にグランド電極が形成された低温焼成セラミック基板構造体において、前記グランド電極と表面側に位置するシート層の導体層との間に位置する内部の所定のシート層の所定箇所に空洞部が設けられていることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の低温焼成セラミック基板構造体は、請求項１に記載の低温焼成セラミック基板構造体において、前記グランド電極は、最裏面側に位置するシート層の外部に露出した導体層に形成されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の低温焼成セラミック基板構造体は、請求項１又は２に記載の低温焼成セラミック基板構造体において、前記空洞部は、一部が外部に開放されて形成されているものであることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の低温焼成セラミック基板構造体は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の低温焼成セラミック基板構造体において、前記空洞部よりも表面側に位置するシート層の導体層にアンテナ素子の放射電極が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載の低温焼成セラミック基板構造体の製造方法は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の低温焼成セラミック基板構造体を製造する製造方法であって、前記誘電体層の原材料から前記シート層となる基板シートを複数個成形する基板シート成形工程と、前記複数の基板シートに、ビアホールを設けてそれを導電性部材で充填する及び／又は導電性部材で所定の平面パターンを形成することによって前記導体層を設ける基板シート加工工程と、前記複数の基板シートを積み重ね、加熱及び加圧によって圧着させて積層体とする積層工程と、圧着された前記積層体をカットして前記低温焼成セラミック基板構造体となる部分を取り出す低温焼成セラミック基板構造体取出工程と、該取り出された部分から前記低温焼成セラミック基板構造体を焼成する焼成工程と、を含んで成り、前記基板シート加工工程では、前記内部の所定のシート層となる基板シートにおいて前記空洞部に対応する空洞部部分を切除することを特徴とする。
【００１１】
請求項６に記載の低温焼成セラミック基板構造体の製造方法は、請求項５に記載の低温焼成セラミック基板構造体の製造方法において、前記セラミック基板構造体の前記空洞部は、外部に一部が開放されて開口しているものであって、前記基板シート加工工程で、前記複数の基板シートに、前記空洞部が開口する１辺に沿って切れ込みを形成し、かつ、前記内部の所定のシート層となる基板シートにおいて前記空洞部部分とともにそれに連続して前記切れ込みを横切って外方にまで拡張した拡張部分を切除し、前記積層工程で、前記空洞部部分と前記拡張部分に空洞部仮設体を配置し、前記低温焼成セラミック基板構造体取出工程後又は焼成工程後に、前記空洞部仮設体を引き抜くことを特徴とする。
【００１２】
請求項７に記載の低温焼成セラミック基板構造体の製造方法は、請求項５に記載の低温焼成セラミック基板構造体の製造方法において、前記セラミック基板構造体の前記空洞部は、外部に一部が開放されて開口しているものであって、前記低温焼成セラミック基板構造体取出工程で、前記低温焼成セラミック基板構造体となる部分とともに、それに連続して一体に形成された収縮変形吸収部分を取り出し、該収縮変形吸収部分は、前記空洞部とともに、前記表面側に位置するシート層の導体層と前記グランド電極がそれぞれ連続して拡張されており、焼成工程後に、該収縮変形吸収部分を切除することを特徴とする。
【００１３】
請求項８に記載の低温焼成セラミック基板構造体の製造方法は、請求項７に記載の低温焼成セラミック基板構造体の製造方法において、前記基板シート加工工程で、前記複数の基板シートに、前記拡張された空洞部が開口する１辺に沿って切れ込みを形成し、かつ、前記内部の所定のシート層となる基板シートにおいて前記空洞部部分とともにそれに連続して前記切れ込みを横切って外方にまで拡張した拡張部分を切除し、前記積層工程で、前記空洞部部分と前記拡張部分に空洞部仮設体を配置し、前記低温焼成セラミック基板構造体取出工程後又は焼成工程後に、前記空洞部仮設体を引き抜くことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の低温焼成セラミック基板構造体によれば、積層構造における積層方向の所定の箇所に空洞部を形成して誘電率を低くできるので、アンテナ素子などを形成するのに好適である。また、本発明の低温焼成セラミック基板構造体の製造方法によれば、所望の低温焼成セラミック基板構造体を比較的容易に製造することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る低温焼成セラミック基板構造体を示す概略斜視図である。
【図２】同上の低温焼成セラミック基板構造体を示すものであって、図３〜図６に示すＡ−Ａ線で切断した模式的な切断端面図である。
【図３】同上の低温焼成セラミック基板構造体の最裏面側（８層目）のシート層を示す底面図である。
【図４】同上の低温焼成セラミック基板構造体の７及び２層目のシート層を示す底面図である。
【図５】同上の低温焼成セラミック基板構造体の６〜３層目のシート層を示す底面図である。
【図６】同上の低温焼成セラミック基板構造体の最表面側（１層目）のシート層を示す底面図である。
【図７】同上の低温焼成セラミック基板構造体の最裏面側（８層目）のシート層の基板シートを示す平面図である。
【図８】同上の低温焼成セラミック基板構造体の７及び２層目のシート層の基板シートを示す平面図である。
【図９】同上の低温焼成セラミック基板構造体の６〜３層目のシート層の基板シートを示す平面図である。
【図１０】同上の低温焼成セラミック基板構造体の最表面側（１層目）のシート層の基板シートを示す平面図である。
【図１１】同上の低温焼成セラミック基板構造体を取り出すために基板シートの積層体をカットする仮想のラインを示す平面図である。
【図１２】同上の低温焼成セラミック基板構造体の焼成中の状態を示す概略斜視図である。
【図１３】同上の低温焼成セラミック基板構造体の物理的変形の現象を模式的に示す概略斜視図である。
【図１４】同上の低温焼成セラミック基板構造体に更なるシート層を追加した例を示す模式的な切断端面図である。
【図１５】同上の低温焼成セラミック基板構造体に収縮変形吸収部分を付加したものの焼成中の状態を示す概略斜視図である。
【図１６】同上の低温焼成セラミック基板構造体に収縮変形吸収部分を付加したものの最裏面側（８層目）のシート層の基板シートを示す平面図である。
【図１７】同上の低温焼成セラミック基板構造体に収縮変形吸収部分を付加したものの７及び２層目のシート層の基板シートを示す平面図である。
【図１８】同上の低温焼成セラミック基板構造体に収縮変形吸収部分を付加したものの６〜３層目のシート層の基板シートを示す平面図である。
【図１９】同上の低温焼成セラミック基板構造体に収縮変形吸収部分を付加したものの最表面側（１層目）のシート層の基板シートを示す平面図である。
【図２０】同上の低温焼成セラミック基板構造体に収縮変形吸収部分を付加したものを取り出すために基板シートの積層体をカットする仮想のラインを示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための好ましい形態を図面を参照しながら説明する。本発明の実施形態に係る低温焼成セラミック基板構造体１は、スロットアンテナのアンテナ素子を形成したものである。この低温焼成セラミック基板構造体１は、図１及び図２に示すように、複数（本実施形態では８個）のシート層Ｓ１〜Ｓ８が積層され焼成されたものである。各々のシート層Ｓ１〜Ｓ８は、平面視で略四辺形をなし（図３〜図６参照）、誘電体層Ｉ１〜Ｉ８に、銀などの導電性部材から成る導体層Ｃ１〜Ｃ８が設けられたものである。なお、図１及び図２（及び、後述の図１２〜図１５）では、理解し易いように、積層方向（図２における上下方向）の長さを、それと直交する方向の長さよりも拡大して示している。
【００１７】
最裏面側（８層目）のシート層Ｓ８は、導体層Ｃ８が低温焼成セラミック基板構造体１の裏面１ａにおいて外部に露出しており（図２参照）、図３に示すように、四方の端から端までほぼ全体にわたって、グランド電極２が形成されている。グランド電極２には、後述の放射電極４との間で電波を適切な位置に誘導する導波路を成すために、多数の貫通したビアホール５８、５８、…が設けられ、それにも導体層Ｃ８としての導電性部材が充填されている。ビアホール５８は、その直径が例えば０．１ｍｍ程度であり、後述の給電源導波孔６の周囲から後述の放射電極４の電波放射部分４ａに対向する大面積部分２ａの周囲まで列（図３中、Ｂ、Ｂ’、Ｃ、Ｃ’で示す略正方形状の列）になって設けられ、また、大面積部分２ａの給電源導波孔６側には、この列Ｃ，Ｃ’に並設される電波分配用の列（図３中、Ｄで示す上下に並ぶ複数の列）が設けられている。また、グランド電極２の一部を切除することにより給電源導波孔６が形成されており、この給電源導波孔６には図外の導波管から電波が供給される。この導波管を取り付けるために、給電源導波孔６の周囲に４箇所、グランド電極２の一部を切除してその内側に貫通した取付孔７８が設けられている。
【００１８】
前述した最裏面側に位置するシート層Ｓ８と後述する最表面側に位置するシート層Ｓ１間に位置する内部のシート層の１つである７層目のシート層Ｓ７は、図４に示すように、上記のビアホール５８、５８、…と同様の多数の貫通したビアホール５７、５７、…が設けられ、それに導体層Ｃ７としての導電性部材が充填されている。また、上記の取付孔７８と同様の４個の貫通した取付孔７７が設けられている。同様に、最裏面側に位置するシート層Ｓ８と最表面側に位置するシート層Ｓ１間に位置するその他の内部のシート層の６層目のシート層Ｓ６〜２層目のシート層Ｓ２についても、図４及び図５に示すように、ビアホール５６〜５２と取付孔７６〜７２が設けられており、ビアホール５６〜５２にそれぞれ導体層Ｃ６〜Ｃ２としての導電性部材が充填されている。
【００１９】
そのうち、６層目のシート層Ｓ６〜３層目のシート層Ｓ３は、所定箇所に空洞部３が設けられている。空洞部３は、具体的には、図５に示すように、一部が外部に開放されて形成されており、すなわち、開口部３ａにおいて開口している。さらには、空洞部３は、後述する放射電極４の電波放射部分４ａと略重なり合う（略重合する）ように形成されている。
【００２０】
最表面側（１層目）のシート層Ｓ１は、図６に示すように、上記のビアホール５８、５８、…などと同様の多数の貫通したビアホール５１、５１、…が設けられ、それに導体層Ｃ１としての導電性部材が充填されている。また、上記の取付孔７８などと同様の４個の貫通した取付孔７１が設けられている。導体層Ｃ１は、また、上記の給電源導波孔６及び後述の多数のスロット（みぞ孔）４０、４０、…を除いてほぼ上記のグランド電極２と同様な平面形状の放射電極４を形成している。この放射電極４は、グランド電極２とともにアンテナ素子を構成して電波を放射する側の電極であり、低温焼成セラミック基板構造体１の表面１ｂにおいて外部に露出している（図２参照）。これと逆向きにして放射電極４が表面１ｂにおいて外部に露出ないようにすることも可能である。
【００２１】
このようなシート層Ｓ１〜Ｓ８の積層により、各ビアホール５１〜５８は積層方向に接続されており、それらを充填する導電性部材は一連の柱状導体を形成している。給電源導波孔６から供給された電波は、放射電極４とグランド電極２の間で、柱状導体の並びで構成された導波路を通って伝播する。そして、この電波は、電波分配用の列Ｄの柱状導体で適正な割合で分配（図３〜図６における上下方向に分配）されてから、多数のスロット４０、４０、…が形成されている電波放射部分４ａに誘導された後、導体層Ｃ１がないところであるスロット４０、４０、…から放射される。また、シート層Ｓ１〜Ｓ８の積層により、取付孔７１〜７８が連通しており、図外の導波管を固く取り付けることができる。
【００２２】
ここで、電波が放射電極４とグランド電極２の間を伝播するときには伝送損失が生じるが、放射電極４において大面積を占める電波放射部分４ａとグランド電極２との間には空洞部３が設けられており、そこには空気が入っている。空気の比誘電率はほぼ１であり、誘電体層Ｉ１〜Ｉ８の誘電率に比べて非常に小さい。そして、電波放射部分４ａとグランド電極２の間には誘電体層Ｉ１、Ｉ２、Ｉ７、Ｉ８と空気層から成る誘電体が存在して、それによる伝送損失が抑制できる。なお、この空洞部３を低温焼成セラミック基板構造体１の積層方向の中央近傍に形成する、より詳細には、空洞部３の裏面１ａ側及び表面１ｂ側に同数のシート層を存在させることにより、低温焼成セラミック基板構造体１の外力に対する強度低下が抑制されている。
【００２３】
このような低温焼成セラミック基板構造体１は、フィルタなどの形成で通常用いられる低温焼成セラミック基板を用いても、放射電極４とグランド電極２が構成するアンテナ素子が良好な特性を得ることができるので、他の高周波回路も同一の低温焼成セラミック基板にも容易に集積可能である。
【００２４】
低温焼成セラミック基板構造体１は、以下のようにして製造することができる。先ず、基板シート成形工程で、誘電体層Ｉ１〜Ｉ８を形成する誘電体の原材料から所定の厚さ（例えば、０．０５〜０．１ｍｍ程度）の基板シート（いわゆるグリーンシート）Ｂ１〜Ｂ８を複数個（この実施形態では８個）成形する。目的の低温焼成セラミック基板構造体１は、例えば、基板シートＢ１〜Ｂ８のサイズが１５０〜２００ｍｍ四角程度であり、低温焼成セラミック基板構造体１のサイズが５０〜７０ｍｍ四角程度ならば、基板シートＢ１〜Ｂ８から２個分が製造されることが可能である。これらの基板シートＢ１〜Ｂ８は、低温焼成セラミック基板構造体１では、シート層Ｓ１〜Ｓ８になる。
【００２５】
そして、基板シート加工工程では、基板シートＢ１〜Ｂ８に、マイクロドリルやレーザーなどにより、所要のパターンに応じて貫通したビアホール５１〜５８や取付孔７１〜７８を設ける。また、図７〜図１０に示すように、完成したセラミック基板構造体１において内方に設けられた空洞部３が開口することになる外周の１辺に沿って、基板シートＢ１〜Ｂ８の端部近傍まで切れ込み８１〜８８を形成する。この切れ込み８１〜８８は、基板シートＢ１〜Ｂ８を貫通している。また、内部のシート層Ｓ３〜Ｓ６に対応する基板シートＢ３〜Ｂ６においては、図９に示すように、空洞部３に対応する空洞部部分３３〜３６とともにそれに連続して切れ込み８３〜８６を横切って外方にまで拡張した拡張部分３３Ａ〜３６Ａを切除する。
【００２６】
そして、導体層Ｃ１〜Ｃ８を形成するように、導電性部材である導体ペーストを基板シートＢ１〜Ｂ８にスクリーン印刷したり、導体薄膜をメッキ等により形成してからパターニングしたりして、ビアホール５１〜５８を充填し、及び／又は、基板シートＢ１〜Ｂ８の表面に所定の平面形状のパターンを形成する。
【００２７】
積層工程では、こうした基板シートＢ１〜Ｂ８を複数個（本実施形態では８個）正確に積み重ね、加熱及び加圧によって圧着させ一体化して積層体とする。このとき、最裏面側（８層目）のシート層Ｓ８に対応する基板シートＢ８は導体層Ｃ８が設けられている表面が露出するようにする。また、最表面側（１層目）のシート層Ｓ１に対応する基板シートＢ１は導体層Ｃ１が設けられている表面が露出するように、基板シートＢ８とは逆向きに重ねる。内部の複数の基板シートＢ２〜Ｂ７については、基板シートＢ１又はＢ８の向きのどちらかに合わせて重ねればよい。
【００２８】
このとき、基板シートＢ３〜Ｂ６は、空洞部部分３３〜３６及び拡張部分３３Ａ〜３６Ａが切除されているので、これらの基板シートＢ３〜Ｂ６を積み重ねるときには、空洞部部分３３〜３６及び拡張部分３３Ａ〜３６Ａに空洞部仮設体３Ａを配置しておく（図１２参照）。空洞部仮設体３Ａは、後述の積層工程（及び焼成工程）の際に基板シートＢ２〜Ｂ７に接着し難く一体化しないものであり、低温焼成セラミック基板構造体１と同じ又は類似の誘電体層を圧着して焼成した別の完成した低温焼成セラミック基板構造体であるのが好ましい。この低温焼成セラミック基板構造体の空洞部仮設体３Ａは、曲げに対する強度が高いので、後述するように、空洞部仮設体３Ａを引き抜く際に曲がったとしても破壊され難く、また、熱膨張率も製造する低温焼成セラミック基板構造体１に非常に近いので、空洞部３のサイズ及び形状を制御し易い。
【００２９】
そして、低温焼成セラミック基板構造体取出工程では、圧着された積層体を、図１１の破線で示す低温焼成セラミック基板構造体１の外周の３辺の（上記の切れ込み８１〜８８以外の辺の）仮想のライン及び上記拡張部分３３Ａ〜３６Ａの少し外方の（切れ込み８１〜８８と平行の）仮想のラインに沿って切断用ブレードでカットして低温焼成セラミック基板構造体１となる部分を取り出す。このとき、切れ込み８１〜８８が形成されていた面からは、図１２に示すように、空洞部仮設体３Ａが低温焼成セラミック基板構造体１となる部分からはみ出した状態となっている。
【００３０】
そして、焼成工程において、取り出した部分から低温焼成セラミック基板構造体１を焼成する。
【００３１】
ここで、空洞部仮設体３Ａは、低温焼成セラミック基板構造体取出工程後或いは焼成工程後につかんで引き抜かれる。低温焼成セラミック基板構造体取出工程後に引き抜く場合は、かわりに、空洞部仮設体３Ａと同等の大きさであり焼成工程に適した別の空洞部仮設体を挿入しておくことが好ましい。
【００３２】
こうして、上記した工程で、空洞部３が積層方向の中央近傍に形成された図１で示したような低温焼成セラミック基板構造体１を比較的容易に製造できるのである。
【００３３】
次に、空洞部３の開口部３ａが積層方向に広がり易くなるという現象の対策について述べる。焼成工程においては、導体層Ｃ１〜Ｃ８と誘電体層Ｉ１〜Ｉ８とはともに収縮するが、導体層Ｃ１〜Ｃ８を形成する導電性部材と誘電体層Ｉ１〜Ｉ８を形成する誘電体とは収縮率が異なる。それにより、図１３に示すように、空洞部３の開口部３ａの中央付近が積層方向に広がり、内方に向かって物理的変形が起こり易い。このような物理的変形が起こると、電波の放射又は指向性などの特性にも影響してくる。この開口部３ａからの物理的変形を抑制するためには、例えば、低温焼成セラミック基板構造体１の上に重しをのせて焼成することも必要となる。
【００３４】
また、対策として、図１４に示すように、上記のシート層Ｓ８の裏面１ａ側に更に別のシート層Ｓ８’を、シート層Ｓ１の表面１ｂ側に更に別のシート層Ｓ１’を、それぞれ１個又は２個以上（本実施形態では２個）積層することにより、開口部３ａの物理的変形を抑制することも可能である。この場合、通常、シート層Ｓ１’、Ｓ８’の、少なくとも空洞部３に重なり合う部分には、放射電極４やグランド電極２のような導体層を設けないようにする。また、シート層Ｓ１’、Ｓ８’の誘電体層が誘電体層Ｉ１〜Ｉ８と別の材料であると、収縮率の違いにより複雑な物理的変形が発生し得るので、シート層Ｓ１’、Ｓ８’の誘電体層は、誘電体層Ｉ１〜Ｉ８と同じ材料が好ましい。なお、給電源導波孔６に図外の導波管から電波を適切に供給するように、シート層Ｓ８’には上記の給電源導波孔６に連通する給電源導波孔６Ａが形成され、また、導波管が接触するようになるグランド電極パッド２’が形成され、グランド電極パッド２’はビアホール５８’、５８’、…に充填された導体層Ｃ８’を介してグランド電極２に接続される。
【００３５】
また、特に効果的な対策の方法は、焼成し終わるまでは、図１５に示すように、低温焼成セラミック基板構造体１となる部分に連続して収縮変形吸収部分１’を一体に形成しておく方法である。すなわち、低温焼成セラミック基板構造体取出工程で、低温焼成セラミック基板構造体１となる部分とともに収縮変形吸収部分１’を取り出し、焼成工程後に、収縮変形吸収部分１’を切除して、図１に示すような目的とする低温焼成セラミック基板構造体１を残すという方法である。この収縮変形吸収部分１’は、空洞部３とともに、最表面側に位置するシート層Ｓ１の導体層である放射電極４と、グランド電極２と、がそれぞれ連続して拡張されているものである。なお、この放射電極４の拡張部分は、図のようにスロット４０、４０、…を形成しなくてもよいし、或いは形成してもよい。
【００３６】
こうすると、焼成するにつれて収縮変形吸収部分１’の端部は積層方向に広がるが、それによる物理的変形は、低温焼成セラミック基板構造体１となる部分にはほとんど及ばなくなる。その結果、収縮変形吸収部分１’を切除して完成した低温焼成セラミック基板構造体１では、空洞部３の開口部３ａの広がりは、ほぼ無視できる程度に抑制できる。
【００３７】
この収縮変形吸収部分１’を低温焼成セラミック基板構造体１となる部分に付加するには、図１６〜２０に示すように、基板シートＢ１〜Ｂ８の切れ込み８１〜８８を、収縮変形吸収部分１’の端部、すなわち拡張された空洞部３が開口する１辺、に沿って形成するようにしておいて、積層工程で上述したのと同様にして積層体とし、低温焼成セラミック基板構造体取出工程で上述したのと同様にして、低温焼成セラミック基板構造体１となる部分とともに収縮変形吸収部分１’を取り出せばよい。
【００３８】
このように、低温焼成セラミック基板構造体１の上に重しをのせる方法、シート層Ｓ８の裏面１ａ側及びシート層Ｓ１の表面１ｂ側にシート層Ｓ８’及びシート層Ｓ１’を更に積層する方法、焼成し終わるまで収縮変形吸収部分１’を形成しておいたりする方法、を１つ又は２以上組み合わせて用いることにより、空洞部３の開口部３ａの広がりを抑制することができる。
【００３９】
以上、本発明の実施形態に係る低温焼成セラミック基板構造体について説明したが、本発明は、上述の実施形態に記載したものに限られることなく、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内でのさまざまな設計変更が可能である。例えば、上述したようにシート層Ｓ８の裏面１ａ側やシート層Ｓ１の表面１ｂ側に更に別のシート層を積層することも可能であり、この場合も、内部の所定のシート層Ｓ３〜Ｓ６に設けられる空洞部３は、裏面側に位置するシート層Ｓ８のグランド電極２と表面側に位置するシート層Ｓ１の導体層Ｃ１との間に位置する。また、この低温焼成セラミック基板構造体は、マイクロストリップアンテナなどの他のアンテナ素子に適用することも可能である。また、更には、アンテナ素子の放射電極にかえて、伝送損失の大きくなり易いようなマイクロストリップラインなどの配線に適用することも可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１ 低温焼成セラミック基板構造体
１ａ 低温焼成セラミック基板構造体１の裏面
１ｂ 低温焼成セラミック基板構造体１の表面
１’ 収縮変形吸収部分
２ グランド電極
３ 空洞部
３３〜３６ 空洞部部分
３３Ａ〜３６Ａ 拡張部分
３Ａ 空洞部仮設体
４ 放射電極
５１〜５８ ビアホール
８１〜８８ 切れ込み
Ｉ１〜Ｉ８ 誘電体層
Ｃ１〜Ｃ８ 導体層
Ｓ１〜Ｓ８ シート層
Ｂ１〜Ｂ８ 基板シート
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナ素子などを集積するのに好適な低温焼成セラミック基板構造体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、高周波用の電子部品では、小型化や高性能化のために、低温焼成セラミック（ＬＴＣＣ）基板などの誘電体基板に、フィルタやアンテナ素子などの高周波回路を形成し集積することが行われている。例えば、特許文献１には、一部がフィルタを構成する導波線路とアンテナ素子を低温焼成セラミック基板などの誘電体基板に形成し集積したものが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１０２０２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、高周波信号は周波数（例えば、ミリ波帯）が高くなるにつれて伝送損失が大きく、また、アンテナ素子のような高周波回路は専有面積が大きく信号が伝送される距離も長い。よって、アンテナ素子などは、伝送損失をできるだけ抑制するよう誘電体は誘電率の低いもの（例えば、比誘電率が約２〜４の樹脂製など）を用いるのが望ましい。一方、信号処理を行うフィルタなどは、通常、比較的誘電率が高い（例えば、比誘電率が約４〜９の）低温焼成セラミック基板が用いられている。そのため、フィルタなどとともに集積しても良好な特性を得ることができるように、アンテナ素子などにおいて伝送損失を抑制できる低温焼成セラミック基板構造体が望まれる。
【０００５】
本発明は、係る事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、アンテナ素子などを形成するのに好適な低温焼成セラミック基板構造体及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の低温焼成セラミック基板構造体は、誘電体層に導体層が設けられたシート層が複数個積層され焼成されて成り、裏面側に位置するシート層の導体層にグランド電極が形成された低温焼成セラミック基板構造体において、前記グランド電極と表面側に位置するシート層の導体層との間に位置する内部の所定のシート層の所定箇所に空洞部が設けられていることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の低温焼成セラミック基板構造体は、請求項１に記載の低温焼成セラミック基板構造体において、前記グランド電極は、最裏面側に位置するシート層の外部に露出した導体層に形成されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の低温焼成セラミック基板構造体は、請求項１又は２に記載の低温焼成セラミック基板構造体において、前記空洞部は、一部が外部に開放されて形成されているものであることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の低温焼成セラミック基板構造体は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の低温焼成セラミック基板構造体において、前記空洞部よりも表面側に位置するシート層の導体層にアンテナ素子の放射電極が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載の低温焼成セラミック基板構造体の製造方法は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の低温焼成セラミック基板構造体を製造する製造方法であって、前記誘電体層の原材料から前記シート層となる基板シートを複数個成形する基板シート成形工程と、前記複数の基板シートに、ビアホールを設けてそれを導電性部材で充填する及び／又は導電性部材で所定の平面パターンを形成することによって前記導体層を設ける基板シート加工工程と、前記複数の基板シートを積み重ね、加熱及び加圧によって圧着させて積層体とする積層工程と、圧着された前記積層体をカットして前記低温焼成セラミック基板構造体となる部分を取り出す低温焼成セラミック基板構造体取出工程と、該取り出された部分から前記低温焼成セラミック基板構造体を焼成する焼成工程と、を含んで成り、前記基板シート加工工程では、前記内部の所定のシート層となる基板シートにおいて前記空洞部に対応する空洞部部分を切除することを特徴とする。
【００１１】
請求項６に記載の低温焼成セラミック基板構造体の製造方法は、請求項５に記載の低温焼成セラミック基板構造体の製造方法において、前記セラミック基板構造体の前記空洞部は、外部に一部が開放されて開口しているものであって、前記基板シート加工工程で、前記複数の基板シートに、前記空洞部が開口する１辺に沿って切れ込みを形成し、かつ、前記内部の所定のシート層となる基板シートにおいて前記空洞部部分とともにそれに連続して前記切れ込みを横切って外方にまで拡張した拡張部分を切除し、前記積層工程で、前記空洞部部分と前記拡張部分に空洞部仮設体を配置し、前記低温焼成セラミック基板構造体取出工程後又は焼成工程後に、前記空洞部仮設体を引き抜くことを特徴とする。
【００１２】
請求項７に記載の低温焼成セラミック基板構造体の製造方法は、請求項５に記載の低温焼成セラミック基板構造体の製造方法において、前記セラミック基板構造体の前記空洞部は、外部に一部が開放されて開口しているものであって、前記低温焼成セラミック基板構造体取出工程で、前記低温焼成セラミック基板構造体となる部分とともに、それに連続して一体に形成された収縮変形吸収部分を取り出し、該収縮変形吸収部分は、前記空洞部とともに、前記表面側に位置するシート層の導体層と前記グランド電極がそれぞれ連続して拡張されており、焼成工程後に、該収縮変形吸収部分を切除することを特徴とする。
【００１３】
請求項８に記載の低温焼成セラミック基板構造体の製造方法は、請求項７に記載の低温焼成セラミック基板構造体の製造方法において、前記基板シート加工工程で、前記複数の基板シートに、前記拡張された空洞部が開口する１辺に沿って切れ込みを形成し、かつ、前記内部の所定のシート層となる基板シートにおいて前記空洞部部分とともにそれに連続して前記切れ込みを横切って外方にまで拡張した拡張部分を切除し、前記積層工程で、前記空洞部部分と前記拡張部分に空洞部仮設体を配置し、前記低温焼成セラミック基板構造体取出工程後又は焼成工程後に、前記空洞部仮設体を引き抜くことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の低温焼成セラミック基板構造体によれば、積層構造における積層方向の所定の箇所に空洞部を形成して誘電率を低くできるので、アンテナ素子などを形成するのに好適である。また、本発明の低温焼成セラミック基板構造体の製造方法によれば、所望の低温焼成セラミック基板構造体を比較的容易に製造することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る低温焼成セラミック基板構造体を示す概略斜視図である。
【図２】同上の低温焼成セラミック基板構造体を示すものであって、図３〜図６に示すＡ−Ａ線で切断した模式的な切断端面図である。
【図３】同上の低温焼成セラミック基板構造体の最裏面側（８層目）のシート層を示す底面図である。
【図４】同上の低温焼成セラミック基板構造体の７及び２層目のシート層を示す底面図である。
【図５】同上の低温焼成セラミック基板構造体の６〜３層目のシート層を示す底面図である。
【図６】同上の低温焼成セラミック基板構造体の最表面側（１層目）のシート層を示す底面図である。
【図７】同上の低温焼成セラミック基板構造体の最裏面側（８層目）のシート層の基板シートを示す平面図である。
【図８】同上の低温焼成セラミック基板構造体の７及び２層目のシート層の基板シートを示す平面図である。
【図９】同上の低温焼成セラミック基板構造体の６〜３層目のシート層の基板シートを示す平面図である。
【図１０】同上の低温焼成セラミック基板構造体の最表面側（１層目）のシート層の基板シートを示す平面図である。
【図１１】同上の低温焼成セラミック基板構造体を取り出すために基板シートの積層体をカットする仮想のラインを示す平面図である。
【図１２】同上の低温焼成セラミック基板構造体の焼成中の状態を示す概略斜視図である。
【図１３】同上の低温焼成セラミック基板構造体の物理的変形の現象を模式的に示す概略斜視図である。
【図１４】同上の低温焼成セラミック基板構造体に更なるシート層を追加した例を示す模式的な切断端面図である。
【図１５】同上の低温焼成セラミック基板構造体に収縮変形吸収部分を付加したものの焼成中の状態を示す概略斜視図である。
【図１６】同上の低温焼成セラミック基板構造体に収縮変形吸収部分を付加したものの最裏面側（８層目）のシート層の基板シートを示す平面図である。
【図１７】同上の低温焼成セラミック基板構造体に収縮変形吸収部分を付加したものの７及び２層目のシート層の基板シートを示す平面図である。
【図１８】同上の低温焼成セラミック基板構造体に収縮変形吸収部分を付加したものの６〜３層目のシート層の基板シートを示す平面図である。
【図１９】同上の低温焼成セラミック基板構造体に収縮変形吸収部分を付加したものの最表面側（１層目）のシート層の基板シートを示す平面図である。
【図２０】同上の低温焼成セラミック基板構造体に収縮変形吸収部分を付加したものを取り出すために基板シートの積層体をカットする仮想のラインを示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための好ましい形態を図面を参照しながら説明する。本発明の実施形態に係る低温焼成セラミック基板構造体１は、スロットアンテナのアンテナ素子を形成したものである。この低温焼成セラミック基板構造体１は、図１及び図２に示すように、複数（本実施形態では８個）のシート層Ｓ１〜Ｓ８が積層され焼成されたものである。各々のシート層Ｓ１〜Ｓ８は、平面視で略四辺形をなし（図３〜図６参照）、誘電体層Ｉ１〜Ｉ８に、銀などの導電性部材から成る導体層Ｃ１〜Ｃ８が設けられたものである。なお、図１及び図２（及び、後述の図１２〜図１５）では、理解し易いように、積層方向（図２における上下方向）の長さを、それと直交する方向の長さよりも拡大して示している。
【００１７】
最裏面側（８層目）のシート層Ｓ８は、導体層Ｃ８が低温焼成セラミック基板構造体１の裏面１ａにおいて外部に露出しており（図２参照）、図３に示すように、四方の端から端までほぼ全体にわたって、グランド電極２が形成されている。グランド電極２には、後述の放射電極４との間で電波を適切な位置に誘導する導波路を成すために、多数の貫通したビアホール５８、５８、…が設けられ、それにも導体層Ｃ８としての導電性部材が充填されている。ビアホール５８は、その直径が例えば０．１ｍｍ程度であり、後述の給電源導波孔６の周囲から後述の放射電極４の電波放射部分４ａに対向する大面積部分２ａの周囲まで列（図３中、Ｂ、Ｂ’、Ｃ、Ｃ’で示す略正方形状の列）になって設けられ、また、大面積部分２ａの給電源導波孔６側には、この列Ｃ，Ｃ’に並設される電波分配用の列（図３中、Ｄで示す上下に並ぶ複数の列）が設けられている。また、グランド電極２の一部を切除することにより給電源導波孔６が形成されており、この給電源導波孔６には図外の導波管から電波が供給される。この導波管を取り付けるために、給電源導波孔６の周囲に４箇所、グランド電極２の一部を切除してその内側に貫通した取付孔７８が設けられている。
【００１８】
前述した最裏面側に位置するシート層Ｓ８と後述する最表面側に位置するシート層Ｓ１間に位置する内部のシート層の１つである７層目のシート層Ｓ７は、図４に示すように、上記のビアホール５８、５８、…と同様の多数の貫通したビアホール５７、５７、…が設けられ、それに導体層Ｃ７としての導電性部材が充填されている。また、上記の取付孔７８と同様の４個の貫通した取付孔７７が設けられている。同様に、最裏面側に位置するシート層Ｓ８と最表面側に位置するシート層Ｓ１間に位置するその他の内部のシート層の６層目のシート層Ｓ６〜２層目のシート層Ｓ２についても、図４及び図５に示すように、ビアホール５６〜５２と取付孔７６〜７２が設けられており、ビアホール５６〜５２にそれぞれ導体層Ｃ６〜Ｃ２としての導電性部材が充填されている。
【００１９】
そのうち、６層目のシート層Ｓ６〜３層目のシート層Ｓ３は、所定箇所に空洞部３が設けられている。空洞部３は、具体的には、図５に示すように、一部が外部に開放されて形成されており、すなわち、開口部３ａにおいて開口している。さらには、空洞部３は、後述する放射電極４の電波放射部分４ａと略重なり合う（略重合する）ように形成されている。
【００２０】
最表面側（１層目）のシート層Ｓ１は、図６に示すように、上記のビアホール５８、５８、…などと同様の多数の貫通したビアホール５１、５１、…が設けられ、それに導体層Ｃ１としての導電性部材が充填されている。また、上記の取付孔７８などと同様の４個の貫通した取付孔７１が設けられている。導体層Ｃ１は、また、上記の給電源導波孔６及び後述の多数のスロット（みぞ孔）４０、４０、…を除いてほぼ上記のグランド電極２と同様な平面形状の放射電極４を形成している。この放射電極４は、グランド電極２とともにアンテナ素子を構成して電波を放射する側の電極であり、低温焼成セラミック基板構造体１の表面１ｂにおいて外部に露出している（図２参照）。これと逆向きにして放射電極４が表面１ｂにおいて外部に露出ないようにすることも可能である。
【００２１】
このようなシート層Ｓ１〜Ｓ８の積層により、各ビアホール５１〜５８は積層方向に接続されており、それらを充填する導電性部材は一連の柱状導体を形成している。給電源導波孔６から供給された電波は、放射電極４とグランド電極２の間で、柱状導体の並びで構成された導波路を通って伝播する。そして、この電波は、電波分配用の列Ｄの柱状導体で適正な割合で分配（図３〜図６における上下方向に分配）されてから、多数のスロット４０、４０、…が形成されている電波放射部分４ａに誘導された後、導体層Ｃ１がないところであるスロット４０、４０、…から放射される。また、シート層Ｓ１〜Ｓ８の積層により、取付孔７１〜７８が連通しており、図外の導波管を固く取り付けることができる。
【００２２】
ここで、電波が放射電極４とグランド電極２の間を伝播するときには伝送損失が生じるが、放射電極４において大面積を占める電波放射部分４ａとグランド電極２との間には空洞部３が設けられており、そこには空気が入っている。空気の比誘電率はほぼ１であり、誘電体層Ｉ１〜Ｉ８の誘電率に比べて非常に小さい。そして、電波放射部分４ａとグランド電極２の間には誘電体層Ｉ１、Ｉ２、Ｉ７、Ｉ８と空気層から成る誘電体が存在して、それによる伝送損失が抑制できる。なお、この空洞部３を低温焼成セラミック基板構造体１の積層方向の中央近傍に形成する、より詳細には、空洞部３の裏面１ａ側及び表面１ｂ側に同数のシート層を存在させることにより、低温焼成セラミック基板構造体１の外力に対する強度低下が抑制されている。
【００２３】
このような低温焼成セラミック基板構造体１は、フィルタなどの形成で通常用いられる低温焼成セラミック基板を用いても、放射電極４とグランド電極２が構成するアンテナ素子が良好な特性を得ることができるので、他の高周波回路も同一の低温焼成セラミック基板にも容易に集積可能である。
【００２４】
低温焼成セラミック基板構造体１は、以下のようにして製造することができる。先ず、基板シート成形工程で、誘電体層Ｉ１〜Ｉ８を形成する誘電体の原材料から所定の厚さ（例えば、０．０５〜０．１ｍｍ程度）の基板シート（いわゆるグリーンシート）Ｂ１〜Ｂ８を複数個（この実施形態では８個）成形する。目的の低温焼成セラミック基板構造体１は、例えば、基板シートＢ１〜Ｂ８のサイズが１５０〜２００ｍｍ四角程度であり、低温焼成セラミック基板構造体１のサイズが５０〜７０ｍｍ四角程度ならば、基板シートＢ１〜Ｂ８から２個分が製造されることが可能である。これらの基板シートＢ１〜Ｂ８は、低温焼成セラミック基板構造体１では、シート層Ｓ１〜Ｓ８になる。
【００２５】
そして、基板シート加工工程では、基板シートＢ１〜Ｂ８に、マイクロドリルやレーザーなどにより、所要のパターンに応じて貫通したビアホール５１〜５８や取付孔７１〜７８を設ける。また、図７〜図１０に示すように、完成したセラミック基板構造体１において内方に設けられた空洞部３が開口することになる外周の１辺に沿って、基板シートＢ１〜Ｂ８の端部近傍まで切れ込み８１〜８８を形成する。この切れ込み８１〜８８は、基板シートＢ１〜Ｂ８を貫通している。また、内部のシート層Ｓ３〜Ｓ６に対応する基板シートＢ３〜Ｂ６においては、図９に示すように、空洞部３に対応する空洞部部分３３〜３６とともにそれに連続して切れ込み８３〜８６を横切って外方にまで拡張した拡張部分３３Ａ〜３６Ａを切除する。
【００２６】
そして、導体層Ｃ１〜Ｃ８を形成するように、導電性部材である導体ペーストを基板シートＢ１〜Ｂ８にスクリーン印刷したり、導体薄膜をメッキ等により形成してからパターニングしたりして、ビアホール５１〜５８を充填し、及び／又は、基板シートＢ１〜Ｂ８の表面に所定の平面形状のパターンを形成する。
【００２７】
積層工程では、こうした基板シートＢ１〜Ｂ８を複数個（本実施形態では８個）正確に積み重ね、加熱及び加圧によって圧着させ一体化して積層体とする。このとき、最裏面側（８層目）のシート層Ｓ８に対応する基板シートＢ８は導体層Ｃ８が設けられている表面が露出するようにする。また、最表面側（１層目）のシート層Ｓ１に対応する基板シートＢ１は導体層Ｃ１が設けられている表面が露出するように、基板シートＢ８とは逆向きに重ねる。内部の複数の基板シートＢ２〜Ｂ７については、基板シートＢ１又はＢ８の向きのどちらかに合わせて重ねればよい。
【００２８】
このとき、基板シートＢ３〜Ｂ６は、空洞部部分３３〜３６及び拡張部分３３Ａ〜３６Ａが切除されているので、これらの基板シートＢ３〜Ｂ６を積み重ねるときには、空洞部部分３３〜３６及び拡張部分３３Ａ〜３６Ａに空洞部仮設体３Ａを配置しておく（図１２参照）。空洞部仮設体３Ａは、後述の積層工程（及び焼成工程）の際に基板シートＢ２〜Ｂ７に接着し難く一体化しないものであり、低温焼成セラミック基板構造体１と同じ又は類似の誘電体層を圧着して焼成した別の完成した低温焼成セラミック基板構造体であるのが好ましい。この低温焼成セラミック基板構造体の空洞部仮設体３Ａは、曲げに対する強度が高いので、後述するように、空洞部仮設体３Ａを引き抜く際に曲がったとしても破壊され難く、また、熱膨張率も製造する低温焼成セラミック基板構造体１に非常に近いので、空洞部３のサイズ及び形状を制御し易い。
【００２９】
そして、低温焼成セラミック基板構造体取出工程では、圧着された積層体を、図１１の破線で示す低温焼成セラミック基板構造体１の外周の３辺の（上記の切れ込み８１〜８８以外の辺の）仮想のライン及び上記拡張部分３３Ａ〜３６Ａの少し外方の（切れ込み８１〜８８と平行の）仮想のラインに沿って切断用ブレードでカットして低温焼成セラミック基板構造体１となる部分を取り出す。このとき、切れ込み８１〜８８が形成されていた面からは、図１２に示すように、空洞部仮設体３Ａが低温焼成セラミック基板構造体１となる部分からはみ出した状態となっている。
【００３０】
そして、焼成工程において、取り出した部分から低温焼成セラミック基板構造体１を焼成する。
【００３１】
ここで、空洞部仮設体３Ａは、低温焼成セラミック基板構造体取出工程後或いは焼成工程後につかんで引き抜かれる。低温焼成セラミック基板構造体取出工程後に引き抜く場合は、かわりに、空洞部仮設体３Ａと同等の大きさであり焼成工程に適した別の空洞部仮設体を挿入しておくことが好ましい。
【００３２】
こうして、上記した工程で、空洞部３が積層方向の中央近傍に形成された図１で示したような低温焼成セラミック基板構造体１を比較的容易に製造できるのである。
【００３３】
次に、空洞部３の開口部３ａが積層方向に広がり易くなるという現象の対策について述べる。焼成工程においては、導体層Ｃ１〜Ｃ８と誘電体層Ｉ１〜Ｉ８とはともに収縮するが、導体層Ｃ１〜Ｃ８を形成する導電性部材と誘電体層Ｉ１〜Ｉ８を形成する誘電体とは収縮率が異なる。それにより、図１３に示すように、空洞部３の開口部３ａの中央付近が積層方向に広がり、内方に向かって物理的変形が起こり易い。このような物理的変形が起こると、電波の放射又は指向性などの特性にも影響してくる。この開口部３ａからの物理的変形を抑制するためには、例えば、低温焼成セラミック基板構造体１の上に重しをのせて焼成することも必要となる。
【００３４】
また、対策として、図１４に示すように、上記のシート層Ｓ８の裏面１ａ側に更に別のシート層Ｓ８’を、シート層Ｓ１の表面１ｂ側に更に別のシート層Ｓ１’を、それぞれ１個又は２個以上（本実施形態では２個）積層することにより、開口部３ａの物理的変形を抑制することも可能である。この場合、通常、シート層Ｓ１’、Ｓ８’の、少なくとも空洞部３に重なり合う部分には、放射電極４やグランド電極２のような導体層を設けないようにする。また、シート層Ｓ１’、Ｓ８’の誘電体層が誘電体層Ｉ１〜Ｉ８と別の材料であると、収縮率の違いにより複雑な物理的変形が発生し得るので、シート層Ｓ１’、Ｓ８’の誘電体層は、誘電体層Ｉ１〜Ｉ８と同じ材料が好ましい。なお、給電源導波孔６に図外の導波管から電波を適切に供給するように、シート層Ｓ８’には上記の給電源導波孔６に連通する給電源導波孔６Ａが形成され、また、導波管が接触するようになるグランド電極パッド２’が形成され、グランド電極パッド２’はビアホール５８’、５８’、…に充填された導体層Ｃ８’を介してグランド電極２に接続される。
【００３５】
また、特に効果的な対策の方法は、焼成し終わるまでは、図１５に示すように、低温焼成セラミック基板構造体１となる部分に連続して収縮変形吸収部分１’を一体に形成しておく方法である。すなわち、低温焼成セラミック基板構造体取出工程で、低温焼成セラミック基板構造体１となる部分とともに収縮変形吸収部分１’を取り出し、焼成工程後に、収縮変形吸収部分１’を切除して、図１に示すような目的とする低温焼成セラミック基板構造体１を残すという方法である。この収縮変形吸収部分１’は、空洞部３とともに、最表面側に位置するシート層Ｓ１の導体層である放射電極４と、グランド電極２と、がそれぞれ連続して拡張されているものである。なお、この放射電極４の拡張部分は、図のようにスロット４０、４０、…を形成しなくてもよいし、或いは形成してもよい。
【００３６】
こうすると、焼成するにつれて収縮変形吸収部分１’の端部は積層方向に広がるが、それによる物理的変形は、低温焼成セラミック基板構造体１となる部分にはほとんど及ばなくなる。その結果、収縮変形吸収部分１’を切除して完成した低温焼成セラミック基板構造体１では、空洞部３の開口部３ａの広がりは、ほぼ無視できる程度に抑制できる。
【００３７】
この収縮変形吸収部分１’を低温焼成セラミック基板構造体１となる部分に付加するには、図１６〜２０に示すように、基板シートＢ１〜Ｂ８の切れ込み８１〜８８を、収縮変形吸収部分１’の端部、すなわち拡張された空洞部３が開口する１辺、に沿って形成するようにしておいて、積層工程で上述したのと同様にして積層体とし、低温焼成セラミック基板構造体取出工程で上述したのと同様にして、低温焼成セラミック基板構造体１となる部分とともに収縮変形吸収部分１’を取り出せばよい。
【００３８】
このように、低温焼成セラミック基板構造体１の上に重しをのせる方法、シート層Ｓ８の裏面１ａ側及びシート層Ｓ１の表面１ｂ側にシート層Ｓ８’及びシート層Ｓ１’を更に積層する方法、焼成し終わるまで収縮変形吸収部分１’を形成しておいたりする方法、を１つ又は２以上組み合わせて用いることにより、空洞部３の開口部３ａの広がりを抑制することができる。
【００３９】
以上、本発明の実施形態に係る低温焼成セラミック基板構造体について説明したが、本発明は、上述の実施形態に記載したものに限られることなく、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内でのさまざまな設計変更が可能である。例えば、上述したようにシート層Ｓ８の裏面１ａ側やシート層Ｓ１の表面１ｂ側に更に別のシート層を積層することも可能であり、この場合も、内部の所定のシート層Ｓ３〜Ｓ６に設けられる空洞部３は、裏面側に位置するシート層Ｓ８のグランド電極２と表面側に位置するシート層Ｓ１の導体層Ｃ１との間に位置する。また、この低温焼成セラミック基板構造体は、マイクロストリップアンテナなどの他のアンテナ素子に適用することも可能である。また、更には、アンテナ素子の放射電極にかえて、伝送損失の大きくなり易いようなマイクロストリップラインなどの配線に適用することも可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１ 低温焼成セラミック基板構造体
１ａ 低温焼成セラミック基板構造体１の裏面
１ｂ 低温焼成セラミック基板構造体１の表面
１’ 収縮変形吸収部分
２ グランド電極
３ 空洞部
３３〜３６ 空洞部部分
３３Ａ〜３６Ａ 拡張部分
３Ａ 空洞部仮設体
４ 放射電極
５１〜５８ ビアホール
８１〜８８ 切れ込み
Ｉ１〜Ｉ８ 誘電体層
Ｃ１〜Ｃ８ 導体層
Ｓ１〜Ｓ８ シート層
Ｂ１〜Ｂ８ 基板シート
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体層に導体層が設けられたシート層が複数個積層され焼成されて成り、裏面側に位置するシート層の導体層にグランド電極が形成された低温焼成セラミック基板構造体において、
前記グランド電極と表面側に位置するシート層の導体層との間に位置する内部の所定のシート層の所定箇所に空洞部が設けられていることを特徴とする低温焼成セラミック基板構造体。
【請求項２】
請求項１に記載の低温焼成セラミック基板構造体において、
前記グランド電極は、最裏面側に位置するシート層の外部に露出した導体層に形成されていることを特徴とする低温焼成セラミック基板構造体。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の低温焼成セラミック基板構造体において、
前記空洞部は、一部が外部に開放されて形成されているものであることを特徴とする低温焼成セラミック基板構造体。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の低温焼成セラミック基板構造体において、
前記空洞部よりも表面側に位置するシート層の導体層にアンテナ素子の放射電極が形成されていることを特徴とする低温焼成セラミック基板構造体。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の低温焼成セラミック基板構造体を製造する製造方法であって、
前記誘電体層の原材料から前記シート層となる基板シートを複数個成形する基板シート成形工程と、
前記複数の基板シートに、ビアホールを設けてそれを導電性部材で充填する及び／又は導電性部材で所定の平面パターンを形成することによって前記導体層を設ける基板シート加工工程と、
前記複数の基板シートを積み重ね、加熱及び加圧によって圧着させて積層体とする積層工程と、
圧着された前記積層体をカットして前記低温焼成セラミック基板構造体となる部分を取り出す低温焼成セラミック基板構造体取出工程と、
該取り出された部分から前記低温焼成セラミック基板構造体を焼成する焼成工程と、
を含んで成り、
前記基板シート加工工程では、前記内部の所定のシート層となる基板シートにおいて前記空洞部に対応する空洞部部分を切除することを特徴とする低温焼成セラミック基板構造体の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の低温焼成セラミック基板構造体の製造方法において、
前記セラミック基板構造体の前記空洞部は、外部に一部が開放されて開口しているものであって、
前記基板シート加工工程で、前記複数の基板シートに、前記空洞部が開口する１辺に沿って切れ込みを形成し、かつ、前記内部の所定のシート層となる基板シートにおいて前記空洞部部分とともにそれに連続して前記切れ込みを横切って外方にまで拡張した拡張部分を切除し、
前記積層工程で、前記空洞部部分と前記拡張部分に空洞部仮設体を配置し、
前記低温焼成セラミック基板構造体取出工程後又は焼成工程後に、前記空洞部仮設体を引き抜くことを特徴とする低温焼成セラミック基板構造体の製造方法。
【請求項７】
請求項５に記載の低温焼成セラミック基板構造体の製造方法において、
前記セラミック基板構造体の前記空洞部は、外部に一部が開放されて開口しているものであって、
前記低温焼成セラミック基板構造体取出工程で、前記低温焼成セラミック基板構造体となる部分とともに、それに連続して一体に形成された収縮変形吸収部分を取り出し、
該収縮変形吸収部分は、前記空洞部とともに、前記表面側に位置するシート層の導体層と前記グランド電極がそれぞれ連続して拡張されており、
焼成工程後に、該収縮変形吸収部分を切除することを特徴とする低温焼成セラミック基板構造体の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の低温焼成セラミック基板構造体の製造方法において、
前記基板シート加工工程で、前記複数の基板シートに、前記拡張された空洞部が開口する１辺に沿って切れ込みを形成し、かつ、前記内部の所定のシート層となる基板シートにおいて前記空洞部部分とともにそれに連続して前記切れ込みを横切って外方にまで拡張した拡張部分を切除し、
前記積層工程で、前記空洞部部分と前記拡張部分に空洞部仮設体を配置し、
前記低温焼成セラミック基板構造体取出工程後又は焼成工程後に、前記空洞部仮設体を引き抜くことを特徴とする低温焼成セラミック基板構造体の製造方法。
【請求項１】
誘電体層に導体層が設けられたシート層が複数個積層され焼成されて成り、裏面側に位置するシート層の導体層にグランド電極が形成された低温焼成セラミック基板構造体において、
前記グランド電極と表面側に位置するシート層の導体層との間に位置する内部の所定のシート層の所定箇所に空洞部が設けられていることを特徴とする低温焼成セラミック基板構造体。
【請求項２】
請求項１に記載の低温焼成セラミック基板構造体において、
前記グランド電極は、最裏面側に位置するシート層の外部に露出した導体層に形成されていることを特徴とする低温焼成セラミック基板構造体。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の低温焼成セラミック基板構造体において、
前記空洞部は、一部が外部に開放されて形成されているものであることを特徴とする低温焼成セラミック基板構造体。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の低温焼成セラミック基板構造体において、
前記空洞部よりも表面側に位置するシート層の導体層にアンテナ素子の放射電極が形成されていることを特徴とする低温焼成セラミック基板構造体。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の低温焼成セラミック基板構造体を製造する製造方法であって、
前記誘電体層の原材料から前記シート層となる基板シートを複数個成形する基板シート成形工程と、
前記複数の基板シートに、ビアホールを設けてそれを導電性部材で充填する及び／又は導電性部材で所定の平面パターンを形成することによって前記導体層を設ける基板シート加工工程と、
前記複数の基板シートを積み重ね、加熱及び加圧によって圧着させて積層体とする積層工程と、
圧着された前記積層体をカットして前記低温焼成セラミック基板構造体となる部分を取り出す低温焼成セラミック基板構造体取出工程と、
該取り出された部分から前記低温焼成セラミック基板構造体を焼成する焼成工程と、
を含んで成り、
前記基板シート加工工程では、前記内部の所定のシート層となる基板シートにおいて前記空洞部に対応する空洞部部分を切除することを特徴とする低温焼成セラミック基板構造体の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の低温焼成セラミック基板構造体の製造方法において、
前記セラミック基板構造体の前記空洞部は、外部に一部が開放されて開口しているものであって、
前記基板シート加工工程で、前記複数の基板シートに、前記空洞部が開口する１辺に沿って切れ込みを形成し、かつ、前記内部の所定のシート層となる基板シートにおいて前記空洞部部分とともにそれに連続して前記切れ込みを横切って外方にまで拡張した拡張部分を切除し、
前記積層工程で、前記空洞部部分と前記拡張部分に空洞部仮設体を配置し、
前記低温焼成セラミック基板構造体取出工程後又は焼成工程後に、前記空洞部仮設体を引き抜くことを特徴とする低温焼成セラミック基板構造体の製造方法。
【請求項７】
請求項５に記載の低温焼成セラミック基板構造体の製造方法において、
前記セラミック基板構造体の前記空洞部は、外部に一部が開放されて開口しているものであって、
前記低温焼成セラミック基板構造体取出工程で、前記低温焼成セラミック基板構造体となる部分とともに、それに連続して一体に形成された収縮変形吸収部分を取り出し、
該収縮変形吸収部分は、前記空洞部とともに、前記表面側に位置するシート層の導体層と前記グランド電極がそれぞれ連続して拡張されており、
焼成工程後に、該収縮変形吸収部分を切除することを特徴とする低温焼成セラミック基板構造体の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の低温焼成セラミック基板構造体の製造方法において、
前記基板シート加工工程で、前記複数の基板シートに、前記拡張された空洞部が開口する１辺に沿って切れ込みを形成し、かつ、前記内部の所定のシート層となる基板シートにおいて前記空洞部部分とともにそれに連続して前記切れ込みを横切って外方にまで拡張した拡張部分を切除し、
前記積層工程で、前記空洞部部分と前記拡張部分に空洞部仮設体を配置し、
前記低温焼成セラミック基板構造体取出工程後又は焼成工程後に、前記空洞部仮設体を引き抜くことを特徴とする低温焼成セラミック基板構造体の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１２−１５１４６７（Ｐ２０１２−１５１４６７Ａ）
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２８４５２５（Ｐ２０１１−２８４５２５）
【出願日】平成２３年１２月２６日（２０１１．１２．２６）
【出願人】（５９６０８３９０６）平井精密工業株式会社 (11)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１２月２６日（２０１１．１２．２６）
【出願人】（５９６０８３９０６）平井精密工業株式会社 (11)
【Ｆターム（参考）】
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