ＲＦモジュールおよびその作製方法
【課題】ＲＦモジュールの基板材料として、セラミックス材料で成膜した基板を利用する。
【解決手段】厚い金属ベース１１上にエアロゾルデポジション法でセラミックス材料の絶縁膜１２を形成して、その上にパターン配線１３や既存のチップ部品を実装して二次元回路とした第１二次元回路１を作製し、この第１二次元回路１上に、薄い金属ベース１２上に絶縁膜２２を形成した上にパターン配線２３や既存のチップ部品を実装して二次元回路とした第２二次元回路２と、薄い金属ベース３１上に絶縁膜３２を形成した上にパターン配線３３やモジュール内に実装できない比較的大きな既存のチップ部品を実装した第３二次元回路３を積層して、集積化ＲＦモジュールとする。
【解決手段】厚い金属ベース１１上にエアロゾルデポジション法でセラミックス材料の絶縁膜１２を形成して、その上にパターン配線１３や既存のチップ部品を実装して二次元回路とした第１二次元回路１を作製し、この第１二次元回路１上に、薄い金属ベース１２上に絶縁膜２２を形成した上にパターン配線２３や既存のチップ部品を実装して二次元回路とした第２二次元回路２と、薄い金属ベース３１上に絶縁膜３２を形成した上にパターン配線３３やモジュール内に実装できない比較的大きな既存のチップ部品を実装した第３二次元回路３を積層して、集積化ＲＦモジュールとする。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、受動部品であるキャパシター、レジスター、インダクターを一つのモジュール内に集積化したＲＦモジュールとその作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器の小型化、高周波化にともない受動部品であるキャパシター、レジスター、インダクターを一つのモジュール内に集積化した集積化ＲＦモジュールを作製するための従来技術として、ＬＴＣＣ（Low Temperature Cofired Ceramics：セラミックス部材の低温同時焼成法）を用いる方法（例えば、非特許文献１、非特許文献２参照）や、セラミックス粒子をポリマー中に分散したポリマーコンポジットを利用する方法がある。
【０００３】
【非特許文献１】
今中佳彦、高周波用ＬＴＣＣ材料、マテリアルインテグレーション、Vol.15,No.12,44-48 (2002)
【非特許文献２】
セラミックス電子部品・材料の技術開発、監修 山本博孝、第３章 高周波部品 著者 萬代治文、中井信也、常野宏 シー・エム・シー (2000)
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＬＴＣＣ技術においては、焼成時の異種物質間の拡散や反応、焼成収縮の違いによる基板そりや剥離、熱膨張率差による内部ひずみなど、多くの問題点が存在する。例えば、ＬＴＣＣでは、モジュール内部でのノイズ、外部に対し発生するノイズ、および、外部からのノイズに対して、有効な対策を講じることはできない。また、ＬＴＣＣでは、焼結による材料収縮をさけることが原理的に不可能で寸法精度の確保が困難で、特性周波数の調整やインピーダンス整合を採るのが困難になる。さらに、この技術では能動デバイスをモジュール内部に三次元実装することは不可能である。これらの問題はセラミックスを室温で形成することができれば全て解決可能である。
【０００５】
一方、ポリマーコンポジットでは、室温成形が可能なために上述のＬＴＣＣによる問題点は回避できるものの、セラミックスをポリマーに分散させるため、セラミックス本来の高い物性を引き出すことができない。一例として、高誘電率材料であるＢａＴｉＯ3をポリマーに分散した材料では、ＢａＴｉＯ3の比誘電率が３０００を越えるにもかかわらず、ポリマー分散後の比誘電率は１００にも満たないのが現状である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１に係る発明は、受動部品であるキャパシター、レジスター、インダクターを一つのモジュール内に集積化したＲＦモジュールであって、任意形状の金属薄板である金属ベースと、上記金属ベース上に、３００℃以下の低温で１〜５０〔μｍ〕の厚さに形成された絶縁膜と、上記絶縁膜上に形成された受動部品および／または絶縁膜上に装着された既存のチップ部品と、これらを接続するパターン配線と、からなる二次元回路と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２に係る発明は、上記請求項１に記載のＲＦモジュールにおいて、上記金属ベース上の絶縁膜に二次元回路を形成した二次元回路基板を複数用意し、個別の二次元回路基板を積層するようにしたことを特徴とする。
【０００８】
また、請求項３に係る発明は、上記請求項１又は請求項２に記載のＲＦモジュールにおいて、外表面を金属で覆って接地することにより、内部の二次元回路をシールドするようにしたことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項４に係る発明は、上記請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のＲＦモジュールにおいて、上記絶縁膜には誘電損失の少ないセラミックスを用いるものとし、絶縁膜上に形成するマイクロストリップラインは、５０Ωのインピーダンス整合を線幅の狭い配線で実現するようにしたことを特徴とする。
【００１０】
請求項５に係る発明は、受動部品であるキャパシター、レジスター、インダクターを一つのモジュール内に集積化したＲＦモジュールの作製方法であって、任意形状のＡｌ薄板である金属ベース上に、エアロゾルデポジション法によりＡｌ2Ｏ3微粒子を用い室温で厚さ１〜５０〔μｍ〕の厚さの絶縁膜を形成し、この絶縁膜上に二次元回路を形成するようにしたことを特徴とする。
【００１１】
また、請求項６に係る発明は、上記請求項５に記載のＲＦモジュールの作製方法において、上記絶縁膜の表面には１０〔ｎｍ〕以上の凹凸を形成し、絶縁膜上にマイクロストリップライン用のＰｔ下地配線を形成し、電界メッキの電流量を１ｎＡ〜１μＡの範囲で正確に制御すると共にメッキ速度を１分間に０．１μｍ〜１μｍの範囲に抑えた状態で、Ｐｔ下地配線上にのみ電界を印加して銅をメッキするようにしたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面に基づいて、本発明に係るＲＦモジュールとその作成方法の実施形態を説明する。
【００１３】
本実施形態に係るＲＦモジュールは、セラミックスの低温成形プロセスであるＡＤ（Aerosol Deposition）法（後に詳述）を用いて、集積化ＲＦモジュール用の基板と、その上の絶縁膜（静電容量の大きな絶縁物を用いて誘電体膜としても良い）等を形成するものである。ＡＤ法を用いて作製した集積化ＲＦモジュールの概略構成を図１に示す。このＲＦモジュールは、個別に作製した３つの二次元回路（第１二次元回路１，第２二次元回路２，第３二次元回路３）を積層して復号化したものである。
【００１４】
第１二次元回路１は、厚い金属ベース１１上に絶縁膜１２を形成し、その上にパターン配線１３や既存のチップ部品を実装したり、受動部品を作製（例えば、誘電体を金属膜で挟む形状とすることでキャパシターを作製）した回路基板である。第２二次元回路２は、薄い金属ベース１２上に絶縁膜２２を形成し、その上にパターン配線２３や既存のチップ部品を実装したり、受動部品を作製した回路基板である。第３二次元回路３は、薄い金属ベース３１上に絶縁膜３２を形成し、その上にパターン配線３３やモジュール内に実装できない比較的大きな既存のチップ部品を実装した回路基板である。
【００１５】
上述した第１二次元回路基板１と第２二次元回路基板２と第３二次元回路基板３を、各々絶縁物を介して三次元的に積層した最終的なモジュール形態が図１下部の図である。各層の回路基板はビアホールを介してコンタクトしており、総体としてＲＦモジュールとなる。なお、本実施形態のＲＦモジュールにおいては、各層の金属ベース１１，２１，３１を、例えば、金属製の側壁を設けて導通させ、これを接地することでモジュール内が電気的にシールドされる構造とした。これにより、内部回路は外部ノイズに強いと共に、外部への電波漏洩もないので、ＥＭＣ（Electro Magnetic Compatibility）対策に好適である。また、本実施形態では、３層構造として集積度を高めたが、一層のみの構造としても良い。
【００１６】
図１において、ＲＦモジュールの骨格をなす基板は、Ａｌ，Ｃｕ，ＳＵＳ，Ａｇなどよりなる金属ベース上にＡＤ法により、単純酸化物（例えば、Ａｌ2Ｏ3，ＳｉＯ2，ＭｇＯ，ＺｎＯなど）、複酸化物（例えば、ＳｒＴｉＯ3， Ｂａ（Ｍｇ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3，Ｂａ（Ｍｇ1/3，Ｔａ2/3）Ｏ3，ＴｉＺｒＯ4，ＣａＴｉＯ3，Ｍｇ2ＴｉＯ4，ＢａＯ−ＴｉＯ2など）、それらの混合物あるいは固溶体、窒化物（例えば、ＡｌＮ，Ｓｉ3Ｎ4など）を３００℃以下の低温でＡＤ法により厚さ１〜５０〔μｍ〕で堆積させ、金属ベース上に絶縁膜を形成したものである。
【００１７】
上記の様に構成した基板上に、既存のチップ部品を実装したり、微細な配線をＣｕ，Ａｇなどの金属をスパッタリング、化学気相蒸着、スクリーン印刷、インクジェット印刷、メッキなどの方法を用いて形成することにより、ＲＦモジュールと成す。
【００１８】
また、ＡＤ法を用いて誘電体層を形成すれば、室温での成膜が可能で、機械加工で安価に寸法精度が出せる金属材料基板を用いることができる。また、基板上に形成する誘電体膜は、ＰｂＺｒＯ3−ＰｂＴｉＯ3，ＢａＴｉＯ3，ＢａＺｒＯ3，ＳｒＴｉＯ3，Ｂａ（Ｍｇ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3，Ｂａ（Ｍｇ1/3，Ｔａ2/3）Ｏ3，ＴｉＺｒＯ4，ＣａＴｉＯ3，Ｍｇ2ＴｉＯ4，ＢａＯ−ＴｉＯ2などの複酸化物、それらの混合物あるいは固溶体をスパッタリング、化学気相蒸着、あるいはＡＤ法により形成する。
【００１９】
このように、本実施形態に係るＲＦモジュールは、従来品に対して、１）５０オームのインピーダンス整合を線幅の狭い配線で実現できるため高密度実装化が可能、２）既存のチップ部品と薄膜形成素子の複合化が可能、３）接地された金属でシールドされるため外部ノイズに強く外部に電波を漏らさない、４）多層化したときに内部の二次元回路は金属シールドで囲まれるため、信号の閉じ込め性が良く、信号のクロストークが低減できる、５）二次元回路を作製した後に複合化が可能なため、回路設計の変更が容易で回路開発期間を短縮できる、６）基板となる金属ベースは、プレス加工などにより微細かつ高い形状精度で安価に製造でき、これにより三次元構造化した際の特性インピーダンスの調整を高精度に調整する事ができ、７）金属部材の再利用が可能、などの利点を有する。
【００２０】
上述した本実施形態に係るＲＦモジュールの従来技術に対する利点１）につき詳述する。そもそも、従来のＲＦ回路には、基板としてプリント配線基板を用いたものとＬＴＣＣ法で作製される低誘電率セラミックス基板を用いたものがある。前者では、基板材料であるガラスエポキシの比誘電率が約４で厚みが１００〜２００μｍであるため、特性インピーダンスを５０Ωにするにはマイクロストリップラインの線幅が１００μｍ以上となり、高集積化が困難となる。また、基板材料のガラスエポキシの誘電損失は２．５％とセラミックスと比較し大きく、高周波での特性劣化を招く。
【００２１】
一方、ＬＴＣＣ法では多層基板および配線を８００℃以上の温度で一体焼成するため、能動素子の多層基板内部への三次元実装化は不可能である。誘電体材料は、多層基板内部へ厚膜の形態で実装することはできるが、基板材料と焼成収縮、熱膨張係数を一致させるためガラス等の添加物を加えることとなり、低誘電率材料では誘電損失の増加、高誘電率材料では誘電率の低下を招来する。
【００２２】
これに対して、本実施形態のＲＦモジュールでは、基板（金属ベース）上にＡＤ法でセラミックス膜（絶縁膜）を形成した基板材料を用いるので、誘電損失はアルミナの場合で約０．５％とガラスエポキシよりも格段に向上する。また、形成するセラミックス膜の比誘電率は５〜１０、厚みは５〜３０μｍであるため、特性インピーダンスが５０Ωでのマイクロストリップ線路幅は５〜４０μｍとなる。すなわち、本実施形態に係るＲＦモジュールでは、５０Ωのインピーダンス整合を線幅の狭い配線で実現でき、高集積化が可能となる。
【００２３】
このように、ＡＤ法は室温でのセラミックス膜形成が可能なため、温度耐性のない能動素子を多層基板内部に実装することができる。誘電体材料の多層基板内部への実装においても、焼成工程を経ないため、ガラス等の添加を必要とせず、セラミックス誘電体本来の高い特性（テ損失、高誘電率）をそのまま使うことができる。
【００２４】
ここで、従来製品のプリント配線基板上に作製した従来のマイクロストリップラインを特性インピーダンス５０Ωとする場合と、本実施形態のＲＦモジュールの如く金属ベース上に形成したセラミックス膜上のマイクロストリップラインを特性インピーダンス５０Ωとする場合との比較を図２（ａ）に示す。従来品では、絶縁体層（誘電体層）の厚みを薄くできないため、マイクロストリップラインの線幅は、狭くても３５０μｍもの線幅を要するのに対して、ＡＤ法で作製した基板では、Ａｌ2Ｏ3の厚みを１０μｍまで薄くできるため、マイクロストリップラインの線幅を１０μｍオーダー程度と狭くしてもインピーダンス整合が可能であり、高集積化に極めて有利なことが理解できよう。
【００２５】
また、従来のＬＴＣＣ法で配線形成に利用されるスクリーン印刷法で形成したマイクロストリップラインの断面形状と、銅メッキ法で形成したマイクロストリップラインの断面形状との比較を図２（ｂ）に示す。スクリーン印刷法では、断面形状を矩形にすることは不可能であり、これは高周波における伝送特性を劣化させる原因となる。これに対し、メッキ法によれば矩形の断面を持つマイクロストリップラインの形成が可能である。さらに、スクリーン印刷法では現時点での最小線幅は３０μｍ程度であるが、メッキ法では１０μｍ以下の線幅でマイクロストリップラインを形成することができる。このことから、メッキ法によるマイクロストリップラインの形成は、高集積化および高周波帯における伝送特性の向上という２つの利点を有する。
【００２６】
更に、本実施形態に係るＲＦモジュールで用いた金属ベースは、良好な導電特性、熱拡散特性と共に機械的な強度を有する必要があり、このためには金属ベースに一定以上の厚みを持たせなければならないものの、二次元回路を多層化した場合のモジュール寸法としては、全体の厚みが抑制されて薄くできるという特長もある。例えば、モジュールの厚みの限界を３ｍｍとし、３〜１０層の多層化を考えると、基板厚みは５０〜５００μｍ程度となる。また、誘電体厚みは、誘電体の比誘電率とマイクロストリップ線路の幅から、特性インピーダンス５０Ωという条件で決定されるため、比誘電率を５〜２０、マイクロストリップ線路幅を５〜５０μｍとすると、膜厚は２〜４０μｍ程度となる。
【００２７】
【実施例】
ここで、上述した構造のＲＦモジュールの作製についての実施例を、他の技術を用いた場合と対比しつつ詳細に説明する。本実施例での概要は、Ａｌ上にＡｌ2Ｏ3膜をＡＤ法により形成し、その上に電解Ｃｕメッキにより微細な配線（マイクロストリップライン）を形成したものである。
【００２８】
［エアロゾルデポジション（ＡＤ）法によるＡｌ2Ｏ3厚膜の作製］
文献（J. Akedo and M. Lebedev, Recent Res. Devel. Mat. Sci., 2 (2001) 51.,Maretria Japan, 41 (2002) 51 [in japanese]）記載のエアロゾルデポジション（ＡＤ）法によるＡｌ2Ｏ3厚膜作製を行った。成膜装置の概略構成を図３に示す。原料粉末として、次のような５種類のα−Ａｌ2Ｏ3微粒子を使用した。ＳＧ１６０ＡとＳＧ１６０Ｂ（平均粒径０．４μｍ、純度９９．８％、昭和電工株式会社）、そしてＡＡ−１、ＡＡ−０２、ＡＡ−０４（平均粒径１μｍ、０．２μｍ、０．４μｍ、純度９９．９９％、住友化学株式会社）を原料粉末として、ガラス板、金属Ａｌ板、金属Ｃｕ板を基板として用い、原料粉末と基板の最適化の実験を行った。
【００２９】
エアロゾルデポジション法による成膜工程は次のようである。原料粉末をエアロゾルチャンバーに封入し、真空装置で成膜チャンバーとエアロゾルチャンバーを真空に引き、Ａｌ2Ｏ3微粒子の表面に付着している水分を除去する。エアロゾルチャンバーを振動撹拌装置に設置し、エアロゾルチャンバーごと振動させＡｌ2Ｏ3微粒子が拡散した状態を作る。流速制御されたＨｅガスによってＡｌ2Ｏ3微粒子を成膜チャンバー内のノズルの方まで運搬し、そのノズルから噴射することによりＡｌ2Ｏ3微粒子が加速されて基板に衝突することによって室温で成膜を行った。
【００３０】
基板ホルダーは自動送り装置で一定速度でスキャニングさせ目的面積のＡｌ2Ｏ3厚膜を成膜できるようにした。表１にＡｌ2Ｏ3厚膜の成膜条件を示す。
【００３１】
【表１】
【００３２】
成膜したＡｌ2Ｏ3厚膜の厚さは、膜厚計と断面ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope,JSM-550, JEOL）観察で得られた。また、原料粉末とＡｌ2Ｏ3厚膜の微細構造はＳＥＭ観察により行った。相の同定や結晶性はＸＲＤ（RINT2100V/PC, Rigaku）を用い調べた。誘電特性はＩｍｐｅｄａｎｃｅ Ａｎａｌｙｚｅｒ（HP4194A, Hewlett Packard）を用い１ｋＨｚ〜１０ＭＨｚの周波数範囲で測定した。
【００３３】
［電解メッキ法によるＡｌ2Ｏ3厚膜上への微小マイクロストリップラインの作製］
上述したエアロゾルデポジション法により成膜したＡｌ2Ｏ3厚膜の上に電子線リソグラフィーとＣｕ電解メッキを用い微細マイクロストリップの作製を行った。特性インピーダンスが５０Ωとなる微細マイクロストリップ寸法を正確に決定するため電磁界解析ソフト（Sonnet Suite 8.0, High Frequency Electromagnetic Analysis Software, Sonnet Software,Inc.）を用いた。
【００３４】
その後、マイクロストリップラインの形成を次の手順のように行った。洗浄したＡｌ2Ｏ3厚膜基板上にスピンコーターを用いてレジストコートし、電子線リソグラフィーでパターニングした後、Ｐｔをスパッタし、Ｌｉｆｔ−Ｏｆｆ法でＣｕ電解メッキにおける陰電極を形成する。その後、電解メッキ装置（ミッツ株式会社製）を用い、Ｃｕ電解メッキを施した。均一なＣｕメッキ膜を得るために硫酸銅メッキ液をヒーター制御により常に２５℃の一定温度を保つようにし、Ａｉｒ Ｂｌｏｗによる空気撹拌と陰極電極ごと上下運動させながらＣｕ電解メッキを行った。また、０．１μｍ以下の精度でＣｕメッキ膜厚の制御するため、電流密度を１０-3〜５０×１０-3〔Ａ／ｃｍ2 〕の範囲で変化させ最適化をした。得られたマイクロストリップラインはレーザー顕微鏡により観察をした。
【００３５】
［Ａｌ2Ｏ3厚膜上への１０ＧＨｚ帯のＬｏｗ−Ｐａｓｓ ＬＣ−ｆｉｌｔｅｒの設計］
エアロゾルデポジション法によるＡｌ2Ｏ3厚膜の集積ＲＦモジュール用基板としての可能性を検討するため、Ｌｏｗ−Ｐａｓｓ ＬＣ−ｆｉｌｔｅｒのシミュレーションを行った。まず、回路シュミレーションソフト（Microwave Office 2002, Applied Wave Research, Inc.）を用い、ｆｉｌｔｅｒ特性の理論値を求め、Ｌｏｗ−Ｐａｓｓ ＬＣ−ｆｉｌｔｅｒの回路設計を行った。次に、電磁界解析ソフトを用いてエアロゾルデポジション法によるＡｌ2Ｏ3厚膜の誘電特性を求め、これを用いてＬＣ ｆｉｌｔｅｒ素子としてのｆｉｌｔｅｒ特性のシミュレーションを行った。
【００３６】
［ガラス基板上のＡｌ2Ｏ3厚膜の成膜］
まず、ＳＧ１６０ＡとＳＧ１６０ＢのＡｌ2Ｏ3微粒子を用い、ガラス基板上への室温でのＡｌ2Ｏ3厚膜の成膜の最適化実験を行った。ＳＧ１６０ＡのＡｌ2Ｏ3微粒子で成膜すると、Ｈｅの流量，エアロゾルチャンバー振動撹拌速度，ノズルと基板との距離などのパラメータを変化させても、図４（ａ）に示すように、圧粉体のようなものしか得られず、ガラス基板に書いた文字が判読できなくなっていた。その反面、ＳＧ１６０ＢのＡｌ2Ｏ3微粒子を用いると、図４（ｂ）のような透明の厚膜が得ら、ガラス基板に書いた文字が判読可能であった。その膜厚は約１０μｍである。
【００３７】
その原因を調べるために、ＳＧ１６０ＡとＳＧ１６０ＢのＡｌ2Ｏ3微粒子をＳＥＭで観察を行ったところ、図５に示すように、ＳＧ１６０ＡのＡｌ2Ｏ3微粒子はＳＧ１６０ＢのＡｌ2Ｏ3微粒子と比べ、平均粒径は変わらないものの、１００μｍ程度に大きく凝集しているのが分かった。微粒子の凝集体が大きいと、その粉がクッションのような役割をし、運動エネルギーを吸収されて緻密化が出来なかったため、圧粉体のようになったと考えられる。
【００３８】
そこで、ＳＧ１６０ＢのＡｌ2Ｏ3微粒子を用い、Ｈｅの流量、エアロゾルチャンバー振動撹拌速度、ノズルと基板との距離などの成膜装置パラメータの最適化を行った。Ｈｅの流量は６〜９〔ｌ／ｍｉｎ〕の範囲ではそれほど成膜速度に影響はなかったが、この範囲よりＨｅ流量が多すぎると、粒子の加速が大きくなり過ぎて、成膜中にガラス基板が割れてしまった。
【００３９】
成膜速度を向上するためには、エアロゾルチャンバー振動撹拌速度を上げることが効果的であったが、振動撹拌速度を３００〔ｒｐｍ〕以上にすると基板が割れる現象が起こる。なお、ノズルと基板との距離も成膜速度に影響するが、１０〜２０〔ｍｍ〕が適切であった。
【００４０】
そこで、適流量値、振動撹拌速度を探したところ、６〔ｌ／ｍｉｎ〕，１６０〔ｒｐｍ〕であった。しかしながら、成膜装置の成膜条件による膜質の著しい向上には至らなかった。
【００４１】
次に、ＡＡ−１、ＡＡ−０２、ＡＡ−０４のＡｌ2Ｏ3微粒子を用いて成膜を行った。ＡＡ−１のＡｌ2Ｏ3微粒子を用いると、ガラス基板がエッチングされた。その原因としては、平均粒径が１μｍであるため、その運動エネルギーが大きすぎて膜にはならず、ガラス基板までエッチングされることになったと考えられる。ＡＡ−０２のＡｌ2Ｏ3微粒子を用いて成膜を行った場合は、成膜後に残留応力で、成膜されたＡｌ2Ｏ3厚膜だけが割れてしまった。ＡＡ−０４のＡｌ2Ｏ3微粒子を用いて成膜を行った場合は、ＳＧ１６０Ｂに比べて、成膜速度は半分程度に落ちたものの、透明性が良くなった。これは、高い純度のＡｌ2Ｏ3微粒子を使ったことに起因すると考えられる。
【００４２】
［金属基板上へのＡｌ2Ｏ3厚膜の成膜］
集積化ＲＦモジュール用基板として用いる金属ベースには、ｇｒｏｕｎｄ（接地電極）として機能するように抵抗率の低い金属を使用する必要がある。そこで、ＣｕとＡｌに着目し、ＳＧ１６０ＢのＡｌ2Ｏ3微粒子を用い、室温で成膜を行った。Ｃｕを基板として使うと圧粉体と膜との中間の状態のような不均一なものが出来た。一方、Ａｌ基板の場合は均一なＡｌ2Ｏ3厚膜が得られた。その断面と平面のＳＥＭ写真を図６に示す。
【００４３】
図６（ａ）は図６（ｃ）の断面形状から分かるように、緻密な厚膜になっていることが確認できる。なお、図６（ａ）はａｓ−ｄｅｐｏの状態の表面であるが、衝撃によるクレータのような跡が表面に一様に分布しているのが観察される。微小マイクロストリップラインを作製するために表面研摩を行うと、図６（ｂ）に示すように、緻密で平坦な表面となった。
【００４４】
上記のようにして室温でＡｌ基板上にエアロゾルデポジション法により作製したＡｌ2Ｏ3厚膜の相の同定と結晶性をＸＲＤで分析した結果は、図７に示すように、原料粉末と同じα−Ａｌ2Ｏ3相が得られていた。なお、エアロゾルデポジション法により作製したＡｌ2Ｏ3厚膜（図７（ｂ））では強度が原料粉末（図７（ａ））より小さくなっているが、それは、数十ｎｍオーダーの結晶子で膜が出来ているからであると思われる。
【００４５】
Ａｌ基板上に作製した厚さが約１０μｍのＡｌ2Ｏ3厚膜上にＡｕスパッタにより直径０．８ｍｍの上部電極を形成し、その誘電特性を１ｋＨｚ〜１０ＭＨｚの周波数範囲で測定を行った。測定結果を図８に示す。誘電率の周波数依存性が若干みられるものの、１ＭＨｚの周波数での値としては、比誘電率εｒが９．５、誘電損失ｔａｎδが０．００５となった。これは、ほぼバルクＡｌ2Ｏ3の誘電特性の値である、比誘電率εｒが９．８、誘電損失ｔａｎδが０．０００１と非常に近似している事が分かる。この結果より、ＡＤ法によってＡｌ基板上に作製したＡｌ2Ｏ3厚膜は、ＲＦモジュール用基板としての誘電特性を満たしていることが明らかとなった。
【００４６】
［微小マイクロストリップラインの作製］
Ａｌ基板上にエアロゾルデポジション法で作製したＡｌ2Ｏ3厚膜で実際に特性インピーダンスが５０Ωとなる微細マイクロストリップを作製するために、まず、そのＡｌ2Ｏ3厚膜の誘電率と誘電損失の値を用い、正確な寸法の決定を電磁界解析ソフトでシミュレーションを行った。
【００４７】
解析条件は次のようにした。Ａｌ基板はｇｒｏｕｎｄとし、その導電率δ抵抗率ρは３．６２×１０7〔Ｓ／ｍ〕、Ａｌ2Ｏ3厚膜の膜厚は１０〔μｍ〕、比誘電率εrは９．５、誘電損失ｔａｎδは０．００５、そしてＣｕの線路の膜厚は〔５μｍ〕、導電率δは５．８１×１０7〔Ｓ／ｍ〕である。Port１（Ｚout＝５０Ω）とPort２（Ｚin＝５０Ω）の間の反射係数Ｓ11から計算した結果を図９に示す。Ｃｕの線路の幅が１１．１μｍの場合、数十ＧＨｚにおいても特性インピーダンス５０Ωを維持しつつける事が確認できた。その結果から１０μｍのＡｌ2Ｏ3厚膜上に作製する特性インピーダンスが５０Ωとなる微細マイクロストリップラインの目標寸法を、Ｃｕの線路の膜厚は５μｍ、その線幅は１１．１μｍとした。
【００４８】
以上の結果をもとに、Ｃｕの配線をするため、目的寸法の微細マイクロストリップラインが作製できるように、電解Ｃｕメッキにおいて電流密度による膜厚調整と微細パターニングを行った。図１０に、メッキ時間とＣｕの膜厚の関係を示す。
【００４９】
電流密度２２．９〔Ａ／ｃｍ2〕以上においては、密度の低い、表面が粗いＣｕ膜が析出する。これは、電流密度が高すぎることによってメッキ速度が大きすぎるために起こった現象だといえる。メッキ速度が大きいと、陰電極表面におけるＣｕイオン密度の低下が起こる。また、一定陰極面積内の電荷密度が多くなり過ぎる為に、一定時間内に一定面積から大量のＣｕが析出する（過剰な析出速度となる）。そのため、Ｃｕが配列する前に析出し、膜内は欠陥が多くなる。さらに、欠陥による凹凸が生じると、その凸部分にさらなる電荷集中がおこり、さらに凸凹が顕著になってくるという現象がおこると予想される。
【００５０】
一方、電流密度が２２．９〔Ａ／ｃｍ2〕以下の電流密度においては、鏡面のＣｕ膜が得られる。しかしながら、微細マイクロストリップラインをＡｌ2Ｏ3厚膜上に電解Ｃｕメッキするためには、析出Ｃｕの形状の角型維持と０．１μｍ以下のオーダーにおける膜厚制御が更に要求される。
【００５１】
上述したように、電流密度値が大きすぎると角への電荷集中が起こり、電界の高い個所はＣｕ成長速度が大きいため、形状の変形が起こってくると考えられる。よって、電流密度を適切な値に抑える事によって角型を保ち、０．１μｍ以下の膜厚制御が可能な電流密度値の範囲から３．６〔ｍＡ／ｃｍ2〕という電流密度値を最適電流密度値と設定した。この最適電流密度における成膜速度は、図１０に示す通りである。
【００５２】
この条件を用い、電子線リソグラフィーでＡｌ2Ｏ3厚膜上にパターニングし、電解Ｃｕメッキを行った。この結果として得られた微細マイクロストリップラインのレーザー顕微鏡観察写真を図１１（ａ）に、レーザー顕微鏡観察データから描出した三次元イメージを図１１（ｂ）に示す。この顕微鏡写真より、Ｃｕの伝送線路の幅が約１１μｍであること、およびＣｕ線路の形状が角型になっていることが確認できた。すなわち、目的の微小マイクロストリップラインをＡｌ2Ｏ3厚膜上にが作製できたのである。
【００５３】
［Ａｌ2Ｏ3厚膜上への微細マイクロストリップラインの作製］
ここで、実際に、特性インピーダンス５０Ωの微細なマイクロストリップラインをＡｌ2Ｏ3厚膜上へ作製する技術につき説明する。低抵抗率Ｃｕを伝送電路材料とし、電解メッキ法とリソグラフィー法によって、良い高周波特性を得るための矩形の形状をもつ特性インピーダンス５０Ωの微細マイクロストリップラインの作製した。
【００５４】
なお、電解Ｃｕメッキという技術は既に世の中で使用されているものの、本発明者らの研究により、ＡＤ法により作製された表面粗さが数十ｎｍオーダーのＡｌ2Ｏ3厚膜表面上に、微細なパターニングするためには次のような条件が必要であることが分かった。
【００５５】
１）良好な付着強度を得るには、Ａｌ2Ｏ3厚膜の表面粗さは数十ｎｍオーダー以上で、尚且つ高周波領域での伝送特性の劣化が起こらない範囲とする。２）陰電極の材料としてはＰｔが適切で、その膜厚は２００〜３００ｎｍオーダーにする。３）電界メッキの電流量を１ｎＡ〜１μＡの範囲で正確に制御することによってメッキ速度を１分間に０．１μｍ〜１μｍの範囲にする。４）メッキ用基板ホルダーは試料と面接触させるより点接触させた方が良質のＣｕメッキが得られる。５）再現性を高めるためには、硫酸銅メッキ液の組成を一定に保つようにする。特に、光沢剤はメッキ中に分解される性質を持つため、光沢剤の補給が必要である。
【００５６】
メッキ液としては、硫酸銅メッキ液（ミッツ株式会社製）であるが、主な組成としてはキャリアーであるＣｕイオン確保のためのＣｕＳＯ4、緩衝液としてＨ2ＳＯ4とＨＣｌ、その他に光沢剤などが含まれる。陽極にはＣｕイオン供給源も兼ねたＣｕ板を配し、陰極には硫酸、塩酸に溶け出さない真鍮または真鍮がＣｕメッキされた基板ホルダーを使用した。メッキ析出において起こっている主な反応は以下の式で表わされる。
【００５７】
析出反応式：Ｃｕ2+＋２ｅ- ⇔ Ｃｕ
【００５８】
Ａｌ2Ｏ3基板上に電界Ｃｕメッキの陰電極となる電極を形成させなければならない。まず、条件出しのため、表面粗さが数ｎｍのサファイア基板（Ａｌ2Ｏ3単結晶）を用いた。その基板上に導電性の良い金属をスパッタし、その基板をメッキ用基板ホルダーに設置し、その金属スパッタ膜を電極とするために電解Ｃｕメッキ装置の陰電極と接続させる。基板上に陰電極層としての金属はＡｕとＰｔを用い、メッキを行った結果は次のようであった。
【００５９】
１）Ａｕを用いた場合。スパッタで２００〜３００ｎｍのＡｕを成膜した。電界Ｃｕメッキを行うと、Ａｌ2Ｏ3基板とＡｕスパッタ膜の間に直径１μｍ以下の気泡の盛り上がりのようなものが発生した。スパッタ電流値を変化させても、スパッタ時間を変化させても、この気泡のようなものが発生した。Ａｕは陰電極として不適切であることが分かった。
【００６０】
２）Ｐｔを用いた場合。スパッタで２００〜３００ｎｍのＰｔを成膜した時、Ａｕで見られたような気泡現象は発生しなかった。この結果より、気泡現象は、Ａｌ2Ｏ3基板とＡｕスパッタ膜との組み合わせて生ずる特有の現象であると判断できる。Ｐｔスパッタにおいては、気泡のようなものは発生せずに、一様に鏡面性の高いＰｔ膜が観察できた。よって、Ｐｔスパッタ膜を電解Ｃｕメッキの陰電極として採用することとした。
【００６１】
電界Ｃｕメッキ装置についている直流安定化電源の可能制御電流値は０．０１Ａ〜１．２５Ａで、Ａｌ2Ｏ3厚膜の膜面積は１ｃｍ2（１ｃｍ角）である。この諸条件に適合する基板ホルダーと陰極電極が必要となる。まず、メッキ用基板ホルダーを作製した。このとき、基板にかかる電流密度が、１ｃｍ2のＡｌ2Ｏ3基板に対して、直流安定化電源の発生電流の制御精度が低いので、陰極電極のダミー部分の面積を大きくとる設計も加味して行った。
【００６２】
▲１▼ メッキ用基板ホルダーとして、図１２に示す、（ａ），（ｂ），（ｃ）の３種類のホルダーを試作してみた。ホルダー（ａ）は、基板の周りを全部固定できるように基板寸法より１ｍｍ小さい穴を開けた固定用の板（厚み：０．５ｍｍ）を用いた。メッキ用基板と基板ホルダーは面接触となる。ホルダー（ｂ）はＬ字型の真鍮板（厚み：１ｍｍ）を２枚組み合わせて、基板を固定する構造になっている。このＬ字型の真鍮板の側面にＶ字型の溝を作り基板を嵌め込むようにした。メッキ用基板と基板ホルダーは多くの部分が点接触できるようになる。ホルダー（ｃ）は、基板ホルダーと試料表面のスパッタ金属との接触面積を確保しつつ、試料表面まわりに曲率の高い伝導体を可能な限り減らしていく方法で基板ホルダーの形状設計をした。メッキ用基板と基板ホルダーは点接触となる。
【００６３】
基板ホルダー（ａ），（ｂ）を用いて作製したＣｕ膜はムラのある鏡面の部分が一部しかない粗悪なＣｕ膜しか得られなかった。電流密度を変化させてもメッキ調整しても粗悪なＣｕ膜しか得られないという結論に達した。その原因については次のように考察した。これらの基板ホルダー（ａ），（ｂ）は多くの面積が試料基板表面より高い位置にあり、尚且つその固定部分には曲率の高いところが多くなっているため、そこに電界の集中（電荷密度が増加）が起こり、試料基板表面のような平坦な部分には曲率が低く電荷密度が低くなる現象が起こると考えられる。それによって基板表面より固定用の真鍮板の部分に異常な電荷集中が起こり、試料基板表面に析出するはずのＣｕ2+も電荷集中が起こっている基板ホルダー端にひきつけられてしまい、試料基板表面に到達するＣｕ2+イオン密度が基板ホルダーに近いほど低くなっていることが予想される。よって、試料基板表面付近のＣｕ2+イオンの分布が不均一になり、ムラのある粗悪なＣｕ膜になったと考えられる。
【００６４】
一方、基板ホルダー（ｃ）では、試料表面まわりが曲率の高い伝導体とならないようにした結果、固定ネジ周りにおいて、試料端に半径３．０ｍｍ程度の半円の粗悪Ｃｕ層ができるものの、その部分以外のＣｕ膜は一様な膜厚の鏡面Ｃｕ厚膜となった。すなわち、固定ネジにより生ずる電荷集中の影響を受けない部位においては、膜厚が一様な鏡面Ｃｕ厚膜を得られるのである。
【００６５】
▲２▼ 陰極電極のダミー面積を確保した。メッキ時に電極に給電するための直流安定化電源は、基板の面積が４×１０2〜２．２５×１０2〔ｃｍ2〕のＣｕメッキに適した装置である。そのため、被メッキ面積が１〔ｃｍ2〕以下の場合、被メッキ面積を拡大させておかなければ、適切なＣｕ膜質とＣｕ膜厚の制御性が得られない。そこで、基板ホルダーの表面自体を陰極電極（被メッキ面積：ダミー）として設計した。また、０．１μｍ以下の精度でＣｕメッキ膜厚の制御がしやすいよう、０．１〔μｍ／ｍｉｎ〕程度の成膜速度が電流調整範囲内で得られるようにした。図１２の基板ホルダー（ｃ）は、上記の条件を満たすものである。なお、基板面積に適合する直流安定化電源を用いることができれば、ダミー面積の確保は不要である。
【００６６】
次いで、電解Ｃｕメッキ条件は、以下のように定める。温度は２５℃とし、ヒーター制御により常に２５℃一定を保つ。撹拌方法は、ＡｉｒＢｌｏｗによる空気撹拌と陰極電極ごと上下運動させる。電流密度は、１０-3〜５０×１０-3〔Ａ／ｃｍ2〕の範囲とする。
【００６７】
電界Ｃｕメッキは、成膜温度に大きく依存してくるので、成膜温度を常に一定温度に決定しておかないと、成膜条件が温度によって変化してきてしまう上、温度が低すぎたり高すぎたりすると、本実施例で使用するメッキ液においては、うまく成膜できなくなると予想される。よって、ヒーター制御でメッキ液の温度を常に２５℃一定に保った。
【００６８】
また。Ｃｕは重金属であるため、液中のＣｕイオン拡散速度は比較的遅い。よって、電界メッキ中に陰極電極付近のＣｕイオン密度が減少してきてしまう。試料表面に均一なＣｕ膜を得るためには、メッキ液内のイオン密度の偏りを解消させなければならない。そのため、メッキ液液撹拌方法としてＡｉｒＢｌｏｗで常に空気撹拌を行った。またカソードロッカーで陰極電極ごと上下にスライド運動させる事によりメッキ液表面付近のＣｕイオン密度を一定に保つこととした。
【００６９】
メッキ手順としては、先ず、基板を０．１μｍのアルミナ研摩粉を用いて表面研摩（表面粗さ：数十ｎｍ）し、研摩後に洗浄した基板を９０℃で１０分間乾燥させ、スパッタ装置を用いてＰｔを膜厚約２００〜３００ｎｍ程度に成膜してＰｔ薄膜を陰極電極として作製する。基板ホルダーｃに試料を固定し、陰極板と接続させ、メッキ槽に浸す。撹拌装置を起動しつつ、始めの１０秒間は最低電流密度で放置し、それ以降は最適化電流密度で目的膜厚時間までメッキする。
【００７０】
ここで、電流密度とは、出力電流値を被メッキ面積（陰極面積）で割った数値で、メッキ速度を律する大きな要因である。メッキ速度を律する他の大きな要因として、溶液状態（濃度）がある。これは、時間の経過とともに水分の蒸発が起こり、メッキ液の量変化とともにメッキ液の濃縮が起こるためと考えられる。メッキ液濃度を一定に保つために、メッキ液の減少に伴って超純水を所定の液量となる水位まで足してゆく作業を行うが、時間に対する蒸発量は、気温や湿度、またメッキ回数など、多くの要素に依存しており、蒸発量の正確な把握、調整は重要である。所定時間内（メッキ液条件の変化が起こる前：蒸発量が少ない時間内）に試料をメッキし、メッキ速度を比較してみる（図１０参照）。これから、同じ電流密度でのメッキにおいては、膜厚成長速度は一定となり、メッキ速度が電流密度に比例していることが分かる。
【００７１】
図１０に示したメッキ時間と膜厚の関係において、電流密度２２．８６ｍＡ／ｃｍ2以上においては、密度の低い表面が粗いＣｕ膜が析出する。これは、電流密度が高すぎることによって、メッキ速度が大き過ぎるために起こった現象だといえる。メッキ速度が大きいと、陰電極表面におけるＣｕイオン密度の低下が起こる。また、一定陰極面積内の電荷密度が多くなりすぎる為に、一定時間内に一定面積から大量のＣｕが析出する（過剰な析出速度）。そのため、Ｃｕが配列する前に析出し、膜内は欠陥が多くなる。さらに、欠陥による凹凸が生じると、その凸部分にさらなる電荷集中がおこり、さらに凸凹が顕著になってくるという現象がおこると予想される。
【００７２】
一方、２２．８６ｍＡ／ｃｍ2以下の電流密度においては、均一なＣｕ膜が得られるものの、断面が矩形となる微細マイクロストリップラインを基板上に電解Ｃｕメッキするためには、析出Ｃｕの形状の矩形維持と、０．１μｍ以下のオーダーにおける膜厚制御が求められる。すなわち、電流密度値が大きすぎると角への電荷集中が起こり、電荷集中の高い個所はＣｕ成長速度が大きいため形状の変形が起こってくると考えられるため、電流密度を適切な値に抑える事によって矩形を保ち、０．１μｍ以下の膜厚制御が可能な電流密度値を定める必要がある。これを満たす電流密度値として、３．６ｍＡ／ｃｍ2を最適電流密度値と設定した。
【００７３】
上記のように、過剰電流密度でメッキを行って成膜した膜表面の状態と、最適電流密度でメッキを行って成膜した膜表面の状態の比較写真が図１３である。過剰電流密度（２２．９ｍＡ／ｃｍ2以上）でメッキした膜（図中、左下）では、写り込みがないことから膜表面が粗いことが分かり、最適電流密度（３．６ｍＡ／ｃｍ2）でメッキした膜（図中、右下）では、良好な写り込みが認められることから膜表面が鏡面になっていることが分かる。
【００７４】
以上、集積ＲＦモジュールの作製のために、室温で成膜可能なエアロゾルデポジション法によるＡｌ2Ｏ3誘電体厚膜の作製技術と、角型の微細なＣｕ線路を形成するための電解Ｃｕメッキと微細パターンニング技術について説明した。次いで、これらの技術を用い、集積ＲＦモジュールに必要となる微小Ｌｏｗ−Ｐａｓｓ ＬＣ−ｆｉｌｔｅｒの設計を行った。これにより、集積ＲＦモジュールにおけるエアロゾルデポジション法を用いた金属ベース上へのＡｌ2Ｏ3厚膜形成の有効性を電磁界解析により確認した。
【００７５】
まず、遮断周波数１０ＧＨｚと整合性を考慮しインピーダンス５０Ωの２次定Ｋ型ＬＰＦ（Low Pass Filter）となるインダクタンスとキャパシタンスの値を計算し、回路シュミレーションソフト（Microwave Office）を用い、理想的な通過特性（Ｓ21）と電磁界解析ソフト（Sonnet Suite）により各素子の誘電損失および寄生キャパシタンス、インダクタンス、また電界の回りこみなども考慮した実物に近い立体的なモデル（図１４（ａ）参照）で、通過特性（Ｓ21）を解析した。使用した解析条件は、表２に示す。そのＬＣ ｆｉｌｔｅｒの寸法は０．２〔ｍｍ〕×０．４〔ｍｍ〕とした。
【００７６】
【表２】
【００７７】
損失のない理想的なインダクター（Ｌ）とキャパシター（Ｃ）を用い遮断周波数１０ＧＨｚのＬＣ ｆｉｌｔｅｒを計算すると、Ｌは１．１３ｎＨ、Ｃは０．４５ｐＦである。回路シミュレーターによる通過特性の理論値を図１４（ｂ）の薄線で示す。一方、電磁界解析ソフトで解析した通過特性のシミュレーション結果を図１４（ｂ）の濃線で示す。実物に近い立体的なモデルを電磁界解析のシミュレーション結果は、理想的なＬＰＦの通過特性に比べて、遮断周波数が若干高周波側に移動しているものの、遮断周波数が１０ＧＨｚ帯域におけるＬＰＦの特性を十分に満たしている。すなわち、微小Ｌｏｗ−Ｐａｓｓ ＬＣ−ｆｉｌｔｅｒの設計を通じ、集積ＲＦモジュールを形成するのに、エアロゾルデポジション法を用いて金属ベース上に形成したＡｌ2Ｏ3厚膜を利用することが有効で、また、小型化・高性能化に極めて有利な微小マイクロストリップラインの形成も可能であることが理解できる。
【００７８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係るＲＦモジュールによれば、３００℃以下の低温で１〜５０〔μｍ〕の厚さに絶縁膜を形成するものとしたので、そのベースには金属を用いることができ、機械加工で安価に寸法精度が出せる金属材料基板によってＲＦモジュールを構成できる。また、高温焼成などを行わないので、材料収縮がなく、高い寸法精度を実現できるし、能動デバイスを二次元回路に実装できるという利点もある。
【００７９】
また、請求項２に係るＲＦモジュールによれば、金属ベース上の絶縁膜に二次元回路を形成した二次元回路基板を複数用意し、個別の二次元回路基板を積層できるので、集積率を高めるような回路設計が容易となる。
【００８０】
また、請求項３に係るＲＦモジュールによれば、外表面を金属で覆って接地することにより、内部の二次元回路をシールドするようにしたので、外部ノイズに強いと共に、外部への電波漏洩もないので、ＥＭＣ対策に好適である。
【００８１】
また、請求項４に係るＲＦモジュールによれば、絶縁膜には誘電損失の少ないセラミックスを用いるものとし、絶縁膜上に形成するマイクロストリップラインは、５０Ωのインピーダンス整合を線幅の狭い配線で実現するようにしたので、更なる高集積化を期せる。
【００８２】
請求項５に係るＲＦモジュールの作製方法によれば、エアロゾルデポジション法によりＡｌ2Ｏ3微粒子を用いて室温で１〜５０〔μｍ〕の厚さの絶縁膜を形成するものとしたので、そのベースにはＡｌ薄板を用いることができ、機械加工で安価に寸法精度が出せる金属材料基板によってＲＦモジュールを作製できる。更に、絶縁膜には誘電損失の少ないＡｌ2Ｏ3を用いるものとしたので、絶縁膜上に形成するマイクロストリップラインは、５０Ωのインピーダンス整合を線幅の狭い配線で実現することができ、高集積化を期せる。
【００８３】
また、請求項６に係るＲＦモジュールの作製方法によれば、絶縁膜の表面には１０〔ｎｍ〕以上の凹凸を形成し、絶縁膜上にマイクロストリップライン用のＰｔ下地配線を形成し、電界メッキの電流量を１ｎＡ〜１μＡの範囲で正確に制御すると共にメッキ速度を１分間に０．１μｍ〜１μｍの範囲に抑えた状態で、Ｐｔ下地配線上にのみ電界を印加して銅をメッキするようにしたので、断面が矩形状のマイクロストリップラインを得ることができ、良好な高周波特性を期せる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＡＤ法を用いて作製した集積化ＲＦモジュールの概略構成図である。
【図２】（ａ）従来製品のプリント配線基板上に作製した従来のマイクロストリップラインを特性インピーダンス５０Ωとする場合と、本実施形態のＲＦモジュールの如く金属ベース上に形成したセラミックス膜上のマイクロストリップラインを特性インピーダンス５０Ωとする場合との比較概要図である。
（ｂ）従来のＬＴＣＣ法で配線形成に利用されるスクリーン印刷法で形成したマイクロストリップラインの断面形状と、銅メッキ法で形成したマイクロストリップラインの断面形状との比較概要図である。
【図３】エアロゾルデポジション法による成膜装置の概略構成図である。
【図４】（ａ）ＳＧ１６０ＡのＡｌ2Ｏ3微粒子を用いてガラス基板上へ成膜した状態の写真である。
（ｂ）ＳＧ１６０ＢのＡｌ2Ｏ3微粒子を用いてガラス基板上へ成膜した状態の写真である。
【図５】（ａ）原料粉末ＳＧ１６０ＡにおけるＡｌ2Ｏ3微粒子の顕微鏡写真である。
（ｂ）原料粉末ＳＧ１６０ＢにおけるＡｌ2Ｏ3微粒子の顕微鏡写真である。
【図６】（ａ）成膜したＡｌ2Ｏ3厚膜のアズデポ状態の表面の顕微鏡写真である。
（ｂ）成膜したＡｌ2Ｏ3厚膜の研摩後の表面の顕微鏡写真である。
（ｃ）Ａｌ基板上に形成したＡｌ2Ｏ3厚膜断面の顕微鏡写真である。
【図７】Ａｌ2Ｏ3と原料粉末のＸ線回折パターン特性図である。
【図８】比誘電率と誘電喪失の周波数特性図である。
【図９】マイクロストリップラインの周波数−インピーダンス特性図である。
【図１０】メッキ時間と膜厚の関係を示す特定図である。
【図１１】（ａ）微細マイクロストリップラインの顕微鏡写真である。
（ｂ）レーザー顕微鏡観察データから描出した三次元イメージである。
【図１２】基板ホルダーの外観図である。
【図１３】過剰電流密度でメッキを行って成膜した膜表面の状態と、最適電流密度でメッキを行って成膜した膜表面の状態の比較写真である。
【図１４】（ａ）カットオフ１０ＧＨｚのローパスフィルターの概略構成図である。
（ｂ）図１４（ａ）におけるローパスフィルターの理論計算によるフィルター伝達特性と、実験値からシミュレートしたフィルター伝達特性を示す特性図である。
【符号の説明】
１ 第１二次元回路
１１ 金属ベース
１２ 絶縁膜
１３ パターン配線
２ 第２二次元回路
２１ 金属ベース
２２ 絶縁膜
２３ パターン配線
３ 第３二次元回路
３１ 金属ベース
３２ 絶縁膜
３３ パターン配線
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、受動部品であるキャパシター、レジスター、インダクターを一つのモジュール内に集積化したＲＦモジュールとその作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器の小型化、高周波化にともない受動部品であるキャパシター、レジスター、インダクターを一つのモジュール内に集積化した集積化ＲＦモジュールを作製するための従来技術として、ＬＴＣＣ（Low Temperature Cofired Ceramics：セラミックス部材の低温同時焼成法）を用いる方法（例えば、非特許文献１、非特許文献２参照）や、セラミックス粒子をポリマー中に分散したポリマーコンポジットを利用する方法がある。
【０００３】
【非特許文献１】
今中佳彦、高周波用ＬＴＣＣ材料、マテリアルインテグレーション、Vol.15,No.12,44-48 (2002)
【非特許文献２】
セラミックス電子部品・材料の技術開発、監修 山本博孝、第３章 高周波部品 著者 萬代治文、中井信也、常野宏 シー・エム・シー (2000)
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＬＴＣＣ技術においては、焼成時の異種物質間の拡散や反応、焼成収縮の違いによる基板そりや剥離、熱膨張率差による内部ひずみなど、多くの問題点が存在する。例えば、ＬＴＣＣでは、モジュール内部でのノイズ、外部に対し発生するノイズ、および、外部からのノイズに対して、有効な対策を講じることはできない。また、ＬＴＣＣでは、焼結による材料収縮をさけることが原理的に不可能で寸法精度の確保が困難で、特性周波数の調整やインピーダンス整合を採るのが困難になる。さらに、この技術では能動デバイスをモジュール内部に三次元実装することは不可能である。これらの問題はセラミックスを室温で形成することができれば全て解決可能である。
【０００５】
一方、ポリマーコンポジットでは、室温成形が可能なために上述のＬＴＣＣによる問題点は回避できるものの、セラミックスをポリマーに分散させるため、セラミックス本来の高い物性を引き出すことができない。一例として、高誘電率材料であるＢａＴｉＯ3をポリマーに分散した材料では、ＢａＴｉＯ3の比誘電率が３０００を越えるにもかかわらず、ポリマー分散後の比誘電率は１００にも満たないのが現状である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１に係る発明は、受動部品であるキャパシター、レジスター、インダクターを一つのモジュール内に集積化したＲＦモジュールであって、任意形状の金属薄板である金属ベースと、上記金属ベース上に、３００℃以下の低温で１〜５０〔μｍ〕の厚さに形成された絶縁膜と、上記絶縁膜上に形成された受動部品および／または絶縁膜上に装着された既存のチップ部品と、これらを接続するパターン配線と、からなる二次元回路と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２に係る発明は、上記請求項１に記載のＲＦモジュールにおいて、上記金属ベース上の絶縁膜に二次元回路を形成した二次元回路基板を複数用意し、個別の二次元回路基板を積層するようにしたことを特徴とする。
【０００８】
また、請求項３に係る発明は、上記請求項１又は請求項２に記載のＲＦモジュールにおいて、外表面を金属で覆って接地することにより、内部の二次元回路をシールドするようにしたことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項４に係る発明は、上記請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のＲＦモジュールにおいて、上記絶縁膜には誘電損失の少ないセラミックスを用いるものとし、絶縁膜上に形成するマイクロストリップラインは、５０Ωのインピーダンス整合を線幅の狭い配線で実現するようにしたことを特徴とする。
【００１０】
請求項５に係る発明は、受動部品であるキャパシター、レジスター、インダクターを一つのモジュール内に集積化したＲＦモジュールの作製方法であって、任意形状のＡｌ薄板である金属ベース上に、エアロゾルデポジション法によりＡｌ2Ｏ3微粒子を用い室温で厚さ１〜５０〔μｍ〕の厚さの絶縁膜を形成し、この絶縁膜上に二次元回路を形成するようにしたことを特徴とする。
【００１１】
また、請求項６に係る発明は、上記請求項５に記載のＲＦモジュールの作製方法において、上記絶縁膜の表面には１０〔ｎｍ〕以上の凹凸を形成し、絶縁膜上にマイクロストリップライン用のＰｔ下地配線を形成し、電界メッキの電流量を１ｎＡ〜１μＡの範囲で正確に制御すると共にメッキ速度を１分間に０．１μｍ〜１μｍの範囲に抑えた状態で、Ｐｔ下地配線上にのみ電界を印加して銅をメッキするようにしたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面に基づいて、本発明に係るＲＦモジュールとその作成方法の実施形態を説明する。
【００１３】
本実施形態に係るＲＦモジュールは、セラミックスの低温成形プロセスであるＡＤ（Aerosol Deposition）法（後に詳述）を用いて、集積化ＲＦモジュール用の基板と、その上の絶縁膜（静電容量の大きな絶縁物を用いて誘電体膜としても良い）等を形成するものである。ＡＤ法を用いて作製した集積化ＲＦモジュールの概略構成を図１に示す。このＲＦモジュールは、個別に作製した３つの二次元回路（第１二次元回路１，第２二次元回路２，第３二次元回路３）を積層して復号化したものである。
【００１４】
第１二次元回路１は、厚い金属ベース１１上に絶縁膜１２を形成し、その上にパターン配線１３や既存のチップ部品を実装したり、受動部品を作製（例えば、誘電体を金属膜で挟む形状とすることでキャパシターを作製）した回路基板である。第２二次元回路２は、薄い金属ベース１２上に絶縁膜２２を形成し、その上にパターン配線２３や既存のチップ部品を実装したり、受動部品を作製した回路基板である。第３二次元回路３は、薄い金属ベース３１上に絶縁膜３２を形成し、その上にパターン配線３３やモジュール内に実装できない比較的大きな既存のチップ部品を実装した回路基板である。
【００１５】
上述した第１二次元回路基板１と第２二次元回路基板２と第３二次元回路基板３を、各々絶縁物を介して三次元的に積層した最終的なモジュール形態が図１下部の図である。各層の回路基板はビアホールを介してコンタクトしており、総体としてＲＦモジュールとなる。なお、本実施形態のＲＦモジュールにおいては、各層の金属ベース１１，２１，３１を、例えば、金属製の側壁を設けて導通させ、これを接地することでモジュール内が電気的にシールドされる構造とした。これにより、内部回路は外部ノイズに強いと共に、外部への電波漏洩もないので、ＥＭＣ（Electro Magnetic Compatibility）対策に好適である。また、本実施形態では、３層構造として集積度を高めたが、一層のみの構造としても良い。
【００１６】
図１において、ＲＦモジュールの骨格をなす基板は、Ａｌ，Ｃｕ，ＳＵＳ，Ａｇなどよりなる金属ベース上にＡＤ法により、単純酸化物（例えば、Ａｌ2Ｏ3，ＳｉＯ2，ＭｇＯ，ＺｎＯなど）、複酸化物（例えば、ＳｒＴｉＯ3， Ｂａ（Ｍｇ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3，Ｂａ（Ｍｇ1/3，Ｔａ2/3）Ｏ3，ＴｉＺｒＯ4，ＣａＴｉＯ3，Ｍｇ2ＴｉＯ4，ＢａＯ−ＴｉＯ2など）、それらの混合物あるいは固溶体、窒化物（例えば、ＡｌＮ，Ｓｉ3Ｎ4など）を３００℃以下の低温でＡＤ法により厚さ１〜５０〔μｍ〕で堆積させ、金属ベース上に絶縁膜を形成したものである。
【００１７】
上記の様に構成した基板上に、既存のチップ部品を実装したり、微細な配線をＣｕ，Ａｇなどの金属をスパッタリング、化学気相蒸着、スクリーン印刷、インクジェット印刷、メッキなどの方法を用いて形成することにより、ＲＦモジュールと成す。
【００１８】
また、ＡＤ法を用いて誘電体層を形成すれば、室温での成膜が可能で、機械加工で安価に寸法精度が出せる金属材料基板を用いることができる。また、基板上に形成する誘電体膜は、ＰｂＺｒＯ3−ＰｂＴｉＯ3，ＢａＴｉＯ3，ＢａＺｒＯ3，ＳｒＴｉＯ3，Ｂａ（Ｍｇ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3，Ｂａ（Ｍｇ1/3，Ｔａ2/3）Ｏ3，ＴｉＺｒＯ4，ＣａＴｉＯ3，Ｍｇ2ＴｉＯ4，ＢａＯ−ＴｉＯ2などの複酸化物、それらの混合物あるいは固溶体をスパッタリング、化学気相蒸着、あるいはＡＤ法により形成する。
【００１９】
このように、本実施形態に係るＲＦモジュールは、従来品に対して、１）５０オームのインピーダンス整合を線幅の狭い配線で実現できるため高密度実装化が可能、２）既存のチップ部品と薄膜形成素子の複合化が可能、３）接地された金属でシールドされるため外部ノイズに強く外部に電波を漏らさない、４）多層化したときに内部の二次元回路は金属シールドで囲まれるため、信号の閉じ込め性が良く、信号のクロストークが低減できる、５）二次元回路を作製した後に複合化が可能なため、回路設計の変更が容易で回路開発期間を短縮できる、６）基板となる金属ベースは、プレス加工などにより微細かつ高い形状精度で安価に製造でき、これにより三次元構造化した際の特性インピーダンスの調整を高精度に調整する事ができ、７）金属部材の再利用が可能、などの利点を有する。
【００２０】
上述した本実施形態に係るＲＦモジュールの従来技術に対する利点１）につき詳述する。そもそも、従来のＲＦ回路には、基板としてプリント配線基板を用いたものとＬＴＣＣ法で作製される低誘電率セラミックス基板を用いたものがある。前者では、基板材料であるガラスエポキシの比誘電率が約４で厚みが１００〜２００μｍであるため、特性インピーダンスを５０Ωにするにはマイクロストリップラインの線幅が１００μｍ以上となり、高集積化が困難となる。また、基板材料のガラスエポキシの誘電損失は２．５％とセラミックスと比較し大きく、高周波での特性劣化を招く。
【００２１】
一方、ＬＴＣＣ法では多層基板および配線を８００℃以上の温度で一体焼成するため、能動素子の多層基板内部への三次元実装化は不可能である。誘電体材料は、多層基板内部へ厚膜の形態で実装することはできるが、基板材料と焼成収縮、熱膨張係数を一致させるためガラス等の添加物を加えることとなり、低誘電率材料では誘電損失の増加、高誘電率材料では誘電率の低下を招来する。
【００２２】
これに対して、本実施形態のＲＦモジュールでは、基板（金属ベース）上にＡＤ法でセラミックス膜（絶縁膜）を形成した基板材料を用いるので、誘電損失はアルミナの場合で約０．５％とガラスエポキシよりも格段に向上する。また、形成するセラミックス膜の比誘電率は５〜１０、厚みは５〜３０μｍであるため、特性インピーダンスが５０Ωでのマイクロストリップ線路幅は５〜４０μｍとなる。すなわち、本実施形態に係るＲＦモジュールでは、５０Ωのインピーダンス整合を線幅の狭い配線で実現でき、高集積化が可能となる。
【００２３】
このように、ＡＤ法は室温でのセラミックス膜形成が可能なため、温度耐性のない能動素子を多層基板内部に実装することができる。誘電体材料の多層基板内部への実装においても、焼成工程を経ないため、ガラス等の添加を必要とせず、セラミックス誘電体本来の高い特性（テ損失、高誘電率）をそのまま使うことができる。
【００２４】
ここで、従来製品のプリント配線基板上に作製した従来のマイクロストリップラインを特性インピーダンス５０Ωとする場合と、本実施形態のＲＦモジュールの如く金属ベース上に形成したセラミックス膜上のマイクロストリップラインを特性インピーダンス５０Ωとする場合との比較を図２（ａ）に示す。従来品では、絶縁体層（誘電体層）の厚みを薄くできないため、マイクロストリップラインの線幅は、狭くても３５０μｍもの線幅を要するのに対して、ＡＤ法で作製した基板では、Ａｌ2Ｏ3の厚みを１０μｍまで薄くできるため、マイクロストリップラインの線幅を１０μｍオーダー程度と狭くしてもインピーダンス整合が可能であり、高集積化に極めて有利なことが理解できよう。
【００２５】
また、従来のＬＴＣＣ法で配線形成に利用されるスクリーン印刷法で形成したマイクロストリップラインの断面形状と、銅メッキ法で形成したマイクロストリップラインの断面形状との比較を図２（ｂ）に示す。スクリーン印刷法では、断面形状を矩形にすることは不可能であり、これは高周波における伝送特性を劣化させる原因となる。これに対し、メッキ法によれば矩形の断面を持つマイクロストリップラインの形成が可能である。さらに、スクリーン印刷法では現時点での最小線幅は３０μｍ程度であるが、メッキ法では１０μｍ以下の線幅でマイクロストリップラインを形成することができる。このことから、メッキ法によるマイクロストリップラインの形成は、高集積化および高周波帯における伝送特性の向上という２つの利点を有する。
【００２６】
更に、本実施形態に係るＲＦモジュールで用いた金属ベースは、良好な導電特性、熱拡散特性と共に機械的な強度を有する必要があり、このためには金属ベースに一定以上の厚みを持たせなければならないものの、二次元回路を多層化した場合のモジュール寸法としては、全体の厚みが抑制されて薄くできるという特長もある。例えば、モジュールの厚みの限界を３ｍｍとし、３〜１０層の多層化を考えると、基板厚みは５０〜５００μｍ程度となる。また、誘電体厚みは、誘電体の比誘電率とマイクロストリップ線路の幅から、特性インピーダンス５０Ωという条件で決定されるため、比誘電率を５〜２０、マイクロストリップ線路幅を５〜５０μｍとすると、膜厚は２〜４０μｍ程度となる。
【００２７】
【実施例】
ここで、上述した構造のＲＦモジュールの作製についての実施例を、他の技術を用いた場合と対比しつつ詳細に説明する。本実施例での概要は、Ａｌ上にＡｌ2Ｏ3膜をＡＤ法により形成し、その上に電解Ｃｕメッキにより微細な配線（マイクロストリップライン）を形成したものである。
【００２８】
［エアロゾルデポジション（ＡＤ）法によるＡｌ2Ｏ3厚膜の作製］
文献（J. Akedo and M. Lebedev, Recent Res. Devel. Mat. Sci., 2 (2001) 51.,Maretria Japan, 41 (2002) 51 [in japanese]）記載のエアロゾルデポジション（ＡＤ）法によるＡｌ2Ｏ3厚膜作製を行った。成膜装置の概略構成を図３に示す。原料粉末として、次のような５種類のα−Ａｌ2Ｏ3微粒子を使用した。ＳＧ１６０ＡとＳＧ１６０Ｂ（平均粒径０．４μｍ、純度９９．８％、昭和電工株式会社）、そしてＡＡ−１、ＡＡ−０２、ＡＡ−０４（平均粒径１μｍ、０．２μｍ、０．４μｍ、純度９９．９９％、住友化学株式会社）を原料粉末として、ガラス板、金属Ａｌ板、金属Ｃｕ板を基板として用い、原料粉末と基板の最適化の実験を行った。
【００２９】
エアロゾルデポジション法による成膜工程は次のようである。原料粉末をエアロゾルチャンバーに封入し、真空装置で成膜チャンバーとエアロゾルチャンバーを真空に引き、Ａｌ2Ｏ3微粒子の表面に付着している水分を除去する。エアロゾルチャンバーを振動撹拌装置に設置し、エアロゾルチャンバーごと振動させＡｌ2Ｏ3微粒子が拡散した状態を作る。流速制御されたＨｅガスによってＡｌ2Ｏ3微粒子を成膜チャンバー内のノズルの方まで運搬し、そのノズルから噴射することによりＡｌ2Ｏ3微粒子が加速されて基板に衝突することによって室温で成膜を行った。
【００３０】
基板ホルダーは自動送り装置で一定速度でスキャニングさせ目的面積のＡｌ2Ｏ3厚膜を成膜できるようにした。表１にＡｌ2Ｏ3厚膜の成膜条件を示す。
【００３１】
【表１】
【００３２】
成膜したＡｌ2Ｏ3厚膜の厚さは、膜厚計と断面ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope,JSM-550, JEOL）観察で得られた。また、原料粉末とＡｌ2Ｏ3厚膜の微細構造はＳＥＭ観察により行った。相の同定や結晶性はＸＲＤ（RINT2100V/PC, Rigaku）を用い調べた。誘電特性はＩｍｐｅｄａｎｃｅ Ａｎａｌｙｚｅｒ（HP4194A, Hewlett Packard）を用い１ｋＨｚ〜１０ＭＨｚの周波数範囲で測定した。
【００３３】
［電解メッキ法によるＡｌ2Ｏ3厚膜上への微小マイクロストリップラインの作製］
上述したエアロゾルデポジション法により成膜したＡｌ2Ｏ3厚膜の上に電子線リソグラフィーとＣｕ電解メッキを用い微細マイクロストリップの作製を行った。特性インピーダンスが５０Ωとなる微細マイクロストリップ寸法を正確に決定するため電磁界解析ソフト（Sonnet Suite 8.0, High Frequency Electromagnetic Analysis Software, Sonnet Software,Inc.）を用いた。
【００３４】
その後、マイクロストリップラインの形成を次の手順のように行った。洗浄したＡｌ2Ｏ3厚膜基板上にスピンコーターを用いてレジストコートし、電子線リソグラフィーでパターニングした後、Ｐｔをスパッタし、Ｌｉｆｔ−Ｏｆｆ法でＣｕ電解メッキにおける陰電極を形成する。その後、電解メッキ装置（ミッツ株式会社製）を用い、Ｃｕ電解メッキを施した。均一なＣｕメッキ膜を得るために硫酸銅メッキ液をヒーター制御により常に２５℃の一定温度を保つようにし、Ａｉｒ Ｂｌｏｗによる空気撹拌と陰極電極ごと上下運動させながらＣｕ電解メッキを行った。また、０．１μｍ以下の精度でＣｕメッキ膜厚の制御するため、電流密度を１０-3〜５０×１０-3〔Ａ／ｃｍ2 〕の範囲で変化させ最適化をした。得られたマイクロストリップラインはレーザー顕微鏡により観察をした。
【００３５】
［Ａｌ2Ｏ3厚膜上への１０ＧＨｚ帯のＬｏｗ−Ｐａｓｓ ＬＣ−ｆｉｌｔｅｒの設計］
エアロゾルデポジション法によるＡｌ2Ｏ3厚膜の集積ＲＦモジュール用基板としての可能性を検討するため、Ｌｏｗ−Ｐａｓｓ ＬＣ−ｆｉｌｔｅｒのシミュレーションを行った。まず、回路シュミレーションソフト（Microwave Office 2002, Applied Wave Research, Inc.）を用い、ｆｉｌｔｅｒ特性の理論値を求め、Ｌｏｗ−Ｐａｓｓ ＬＣ−ｆｉｌｔｅｒの回路設計を行った。次に、電磁界解析ソフトを用いてエアロゾルデポジション法によるＡｌ2Ｏ3厚膜の誘電特性を求め、これを用いてＬＣ ｆｉｌｔｅｒ素子としてのｆｉｌｔｅｒ特性のシミュレーションを行った。
【００３６】
［ガラス基板上のＡｌ2Ｏ3厚膜の成膜］
まず、ＳＧ１６０ＡとＳＧ１６０ＢのＡｌ2Ｏ3微粒子を用い、ガラス基板上への室温でのＡｌ2Ｏ3厚膜の成膜の最適化実験を行った。ＳＧ１６０ＡのＡｌ2Ｏ3微粒子で成膜すると、Ｈｅの流量，エアロゾルチャンバー振動撹拌速度，ノズルと基板との距離などのパラメータを変化させても、図４（ａ）に示すように、圧粉体のようなものしか得られず、ガラス基板に書いた文字が判読できなくなっていた。その反面、ＳＧ１６０ＢのＡｌ2Ｏ3微粒子を用いると、図４（ｂ）のような透明の厚膜が得ら、ガラス基板に書いた文字が判読可能であった。その膜厚は約１０μｍである。
【００３７】
その原因を調べるために、ＳＧ１６０ＡとＳＧ１６０ＢのＡｌ2Ｏ3微粒子をＳＥＭで観察を行ったところ、図５に示すように、ＳＧ１６０ＡのＡｌ2Ｏ3微粒子はＳＧ１６０ＢのＡｌ2Ｏ3微粒子と比べ、平均粒径は変わらないものの、１００μｍ程度に大きく凝集しているのが分かった。微粒子の凝集体が大きいと、その粉がクッションのような役割をし、運動エネルギーを吸収されて緻密化が出来なかったため、圧粉体のようになったと考えられる。
【００３８】
そこで、ＳＧ１６０ＢのＡｌ2Ｏ3微粒子を用い、Ｈｅの流量、エアロゾルチャンバー振動撹拌速度、ノズルと基板との距離などの成膜装置パラメータの最適化を行った。Ｈｅの流量は６〜９〔ｌ／ｍｉｎ〕の範囲ではそれほど成膜速度に影響はなかったが、この範囲よりＨｅ流量が多すぎると、粒子の加速が大きくなり過ぎて、成膜中にガラス基板が割れてしまった。
【００３９】
成膜速度を向上するためには、エアロゾルチャンバー振動撹拌速度を上げることが効果的であったが、振動撹拌速度を３００〔ｒｐｍ〕以上にすると基板が割れる現象が起こる。なお、ノズルと基板との距離も成膜速度に影響するが、１０〜２０〔ｍｍ〕が適切であった。
【００４０】
そこで、適流量値、振動撹拌速度を探したところ、６〔ｌ／ｍｉｎ〕，１６０〔ｒｐｍ〕であった。しかしながら、成膜装置の成膜条件による膜質の著しい向上には至らなかった。
【００４１】
次に、ＡＡ−１、ＡＡ−０２、ＡＡ−０４のＡｌ2Ｏ3微粒子を用いて成膜を行った。ＡＡ−１のＡｌ2Ｏ3微粒子を用いると、ガラス基板がエッチングされた。その原因としては、平均粒径が１μｍであるため、その運動エネルギーが大きすぎて膜にはならず、ガラス基板までエッチングされることになったと考えられる。ＡＡ−０２のＡｌ2Ｏ3微粒子を用いて成膜を行った場合は、成膜後に残留応力で、成膜されたＡｌ2Ｏ3厚膜だけが割れてしまった。ＡＡ−０４のＡｌ2Ｏ3微粒子を用いて成膜を行った場合は、ＳＧ１６０Ｂに比べて、成膜速度は半分程度に落ちたものの、透明性が良くなった。これは、高い純度のＡｌ2Ｏ3微粒子を使ったことに起因すると考えられる。
【００４２】
［金属基板上へのＡｌ2Ｏ3厚膜の成膜］
集積化ＲＦモジュール用基板として用いる金属ベースには、ｇｒｏｕｎｄ（接地電極）として機能するように抵抗率の低い金属を使用する必要がある。そこで、ＣｕとＡｌに着目し、ＳＧ１６０ＢのＡｌ2Ｏ3微粒子を用い、室温で成膜を行った。Ｃｕを基板として使うと圧粉体と膜との中間の状態のような不均一なものが出来た。一方、Ａｌ基板の場合は均一なＡｌ2Ｏ3厚膜が得られた。その断面と平面のＳＥＭ写真を図６に示す。
【００４３】
図６（ａ）は図６（ｃ）の断面形状から分かるように、緻密な厚膜になっていることが確認できる。なお、図６（ａ）はａｓ−ｄｅｐｏの状態の表面であるが、衝撃によるクレータのような跡が表面に一様に分布しているのが観察される。微小マイクロストリップラインを作製するために表面研摩を行うと、図６（ｂ）に示すように、緻密で平坦な表面となった。
【００４４】
上記のようにして室温でＡｌ基板上にエアロゾルデポジション法により作製したＡｌ2Ｏ3厚膜の相の同定と結晶性をＸＲＤで分析した結果は、図７に示すように、原料粉末と同じα−Ａｌ2Ｏ3相が得られていた。なお、エアロゾルデポジション法により作製したＡｌ2Ｏ3厚膜（図７（ｂ））では強度が原料粉末（図７（ａ））より小さくなっているが、それは、数十ｎｍオーダーの結晶子で膜が出来ているからであると思われる。
【００４５】
Ａｌ基板上に作製した厚さが約１０μｍのＡｌ2Ｏ3厚膜上にＡｕスパッタにより直径０．８ｍｍの上部電極を形成し、その誘電特性を１ｋＨｚ〜１０ＭＨｚの周波数範囲で測定を行った。測定結果を図８に示す。誘電率の周波数依存性が若干みられるものの、１ＭＨｚの周波数での値としては、比誘電率εｒが９．５、誘電損失ｔａｎδが０．００５となった。これは、ほぼバルクＡｌ2Ｏ3の誘電特性の値である、比誘電率εｒが９．８、誘電損失ｔａｎδが０．０００１と非常に近似している事が分かる。この結果より、ＡＤ法によってＡｌ基板上に作製したＡｌ2Ｏ3厚膜は、ＲＦモジュール用基板としての誘電特性を満たしていることが明らかとなった。
【００４６】
［微小マイクロストリップラインの作製］
Ａｌ基板上にエアロゾルデポジション法で作製したＡｌ2Ｏ3厚膜で実際に特性インピーダンスが５０Ωとなる微細マイクロストリップを作製するために、まず、そのＡｌ2Ｏ3厚膜の誘電率と誘電損失の値を用い、正確な寸法の決定を電磁界解析ソフトでシミュレーションを行った。
【００４７】
解析条件は次のようにした。Ａｌ基板はｇｒｏｕｎｄとし、その導電率δ抵抗率ρは３．６２×１０7〔Ｓ／ｍ〕、Ａｌ2Ｏ3厚膜の膜厚は１０〔μｍ〕、比誘電率εrは９．５、誘電損失ｔａｎδは０．００５、そしてＣｕの線路の膜厚は〔５μｍ〕、導電率δは５．８１×１０7〔Ｓ／ｍ〕である。Port１（Ｚout＝５０Ω）とPort２（Ｚin＝５０Ω）の間の反射係数Ｓ11から計算した結果を図９に示す。Ｃｕの線路の幅が１１．１μｍの場合、数十ＧＨｚにおいても特性インピーダンス５０Ωを維持しつつける事が確認できた。その結果から１０μｍのＡｌ2Ｏ3厚膜上に作製する特性インピーダンスが５０Ωとなる微細マイクロストリップラインの目標寸法を、Ｃｕの線路の膜厚は５μｍ、その線幅は１１．１μｍとした。
【００４８】
以上の結果をもとに、Ｃｕの配線をするため、目的寸法の微細マイクロストリップラインが作製できるように、電解Ｃｕメッキにおいて電流密度による膜厚調整と微細パターニングを行った。図１０に、メッキ時間とＣｕの膜厚の関係を示す。
【００４９】
電流密度２２．９〔Ａ／ｃｍ2〕以上においては、密度の低い、表面が粗いＣｕ膜が析出する。これは、電流密度が高すぎることによってメッキ速度が大きすぎるために起こった現象だといえる。メッキ速度が大きいと、陰電極表面におけるＣｕイオン密度の低下が起こる。また、一定陰極面積内の電荷密度が多くなり過ぎる為に、一定時間内に一定面積から大量のＣｕが析出する（過剰な析出速度となる）。そのため、Ｃｕが配列する前に析出し、膜内は欠陥が多くなる。さらに、欠陥による凹凸が生じると、その凸部分にさらなる電荷集中がおこり、さらに凸凹が顕著になってくるという現象がおこると予想される。
【００５０】
一方、電流密度が２２．９〔Ａ／ｃｍ2〕以下の電流密度においては、鏡面のＣｕ膜が得られる。しかしながら、微細マイクロストリップラインをＡｌ2Ｏ3厚膜上に電解Ｃｕメッキするためには、析出Ｃｕの形状の角型維持と０．１μｍ以下のオーダーにおける膜厚制御が更に要求される。
【００５１】
上述したように、電流密度値が大きすぎると角への電荷集中が起こり、電界の高い個所はＣｕ成長速度が大きいため、形状の変形が起こってくると考えられる。よって、電流密度を適切な値に抑える事によって角型を保ち、０．１μｍ以下の膜厚制御が可能な電流密度値の範囲から３．６〔ｍＡ／ｃｍ2〕という電流密度値を最適電流密度値と設定した。この最適電流密度における成膜速度は、図１０に示す通りである。
【００５２】
この条件を用い、電子線リソグラフィーでＡｌ2Ｏ3厚膜上にパターニングし、電解Ｃｕメッキを行った。この結果として得られた微細マイクロストリップラインのレーザー顕微鏡観察写真を図１１（ａ）に、レーザー顕微鏡観察データから描出した三次元イメージを図１１（ｂ）に示す。この顕微鏡写真より、Ｃｕの伝送線路の幅が約１１μｍであること、およびＣｕ線路の形状が角型になっていることが確認できた。すなわち、目的の微小マイクロストリップラインをＡｌ2Ｏ3厚膜上にが作製できたのである。
【００５３】
［Ａｌ2Ｏ3厚膜上への微細マイクロストリップラインの作製］
ここで、実際に、特性インピーダンス５０Ωの微細なマイクロストリップラインをＡｌ2Ｏ3厚膜上へ作製する技術につき説明する。低抵抗率Ｃｕを伝送電路材料とし、電解メッキ法とリソグラフィー法によって、良い高周波特性を得るための矩形の形状をもつ特性インピーダンス５０Ωの微細マイクロストリップラインの作製した。
【００５４】
なお、電解Ｃｕメッキという技術は既に世の中で使用されているものの、本発明者らの研究により、ＡＤ法により作製された表面粗さが数十ｎｍオーダーのＡｌ2Ｏ3厚膜表面上に、微細なパターニングするためには次のような条件が必要であることが分かった。
【００５５】
１）良好な付着強度を得るには、Ａｌ2Ｏ3厚膜の表面粗さは数十ｎｍオーダー以上で、尚且つ高周波領域での伝送特性の劣化が起こらない範囲とする。２）陰電極の材料としてはＰｔが適切で、その膜厚は２００〜３００ｎｍオーダーにする。３）電界メッキの電流量を１ｎＡ〜１μＡの範囲で正確に制御することによってメッキ速度を１分間に０．１μｍ〜１μｍの範囲にする。４）メッキ用基板ホルダーは試料と面接触させるより点接触させた方が良質のＣｕメッキが得られる。５）再現性を高めるためには、硫酸銅メッキ液の組成を一定に保つようにする。特に、光沢剤はメッキ中に分解される性質を持つため、光沢剤の補給が必要である。
【００５６】
メッキ液としては、硫酸銅メッキ液（ミッツ株式会社製）であるが、主な組成としてはキャリアーであるＣｕイオン確保のためのＣｕＳＯ4、緩衝液としてＨ2ＳＯ4とＨＣｌ、その他に光沢剤などが含まれる。陽極にはＣｕイオン供給源も兼ねたＣｕ板を配し、陰極には硫酸、塩酸に溶け出さない真鍮または真鍮がＣｕメッキされた基板ホルダーを使用した。メッキ析出において起こっている主な反応は以下の式で表わされる。
【００５７】
析出反応式：Ｃｕ2+＋２ｅ- ⇔ Ｃｕ
【００５８】
Ａｌ2Ｏ3基板上に電界Ｃｕメッキの陰電極となる電極を形成させなければならない。まず、条件出しのため、表面粗さが数ｎｍのサファイア基板（Ａｌ2Ｏ3単結晶）を用いた。その基板上に導電性の良い金属をスパッタし、その基板をメッキ用基板ホルダーに設置し、その金属スパッタ膜を電極とするために電解Ｃｕメッキ装置の陰電極と接続させる。基板上に陰電極層としての金属はＡｕとＰｔを用い、メッキを行った結果は次のようであった。
【００５９】
１）Ａｕを用いた場合。スパッタで２００〜３００ｎｍのＡｕを成膜した。電界Ｃｕメッキを行うと、Ａｌ2Ｏ3基板とＡｕスパッタ膜の間に直径１μｍ以下の気泡の盛り上がりのようなものが発生した。スパッタ電流値を変化させても、スパッタ時間を変化させても、この気泡のようなものが発生した。Ａｕは陰電極として不適切であることが分かった。
【００６０】
２）Ｐｔを用いた場合。スパッタで２００〜３００ｎｍのＰｔを成膜した時、Ａｕで見られたような気泡現象は発生しなかった。この結果より、気泡現象は、Ａｌ2Ｏ3基板とＡｕスパッタ膜との組み合わせて生ずる特有の現象であると判断できる。Ｐｔスパッタにおいては、気泡のようなものは発生せずに、一様に鏡面性の高いＰｔ膜が観察できた。よって、Ｐｔスパッタ膜を電解Ｃｕメッキの陰電極として採用することとした。
【００６１】
電界Ｃｕメッキ装置についている直流安定化電源の可能制御電流値は０．０１Ａ〜１．２５Ａで、Ａｌ2Ｏ3厚膜の膜面積は１ｃｍ2（１ｃｍ角）である。この諸条件に適合する基板ホルダーと陰極電極が必要となる。まず、メッキ用基板ホルダーを作製した。このとき、基板にかかる電流密度が、１ｃｍ2のＡｌ2Ｏ3基板に対して、直流安定化電源の発生電流の制御精度が低いので、陰極電極のダミー部分の面積を大きくとる設計も加味して行った。
【００６２】
▲１▼ メッキ用基板ホルダーとして、図１２に示す、（ａ），（ｂ），（ｃ）の３種類のホルダーを試作してみた。ホルダー（ａ）は、基板の周りを全部固定できるように基板寸法より１ｍｍ小さい穴を開けた固定用の板（厚み：０．５ｍｍ）を用いた。メッキ用基板と基板ホルダーは面接触となる。ホルダー（ｂ）はＬ字型の真鍮板（厚み：１ｍｍ）を２枚組み合わせて、基板を固定する構造になっている。このＬ字型の真鍮板の側面にＶ字型の溝を作り基板を嵌め込むようにした。メッキ用基板と基板ホルダーは多くの部分が点接触できるようになる。ホルダー（ｃ）は、基板ホルダーと試料表面のスパッタ金属との接触面積を確保しつつ、試料表面まわりに曲率の高い伝導体を可能な限り減らしていく方法で基板ホルダーの形状設計をした。メッキ用基板と基板ホルダーは点接触となる。
【００６３】
基板ホルダー（ａ），（ｂ）を用いて作製したＣｕ膜はムラのある鏡面の部分が一部しかない粗悪なＣｕ膜しか得られなかった。電流密度を変化させてもメッキ調整しても粗悪なＣｕ膜しか得られないという結論に達した。その原因については次のように考察した。これらの基板ホルダー（ａ），（ｂ）は多くの面積が試料基板表面より高い位置にあり、尚且つその固定部分には曲率の高いところが多くなっているため、そこに電界の集中（電荷密度が増加）が起こり、試料基板表面のような平坦な部分には曲率が低く電荷密度が低くなる現象が起こると考えられる。それによって基板表面より固定用の真鍮板の部分に異常な電荷集中が起こり、試料基板表面に析出するはずのＣｕ2+も電荷集中が起こっている基板ホルダー端にひきつけられてしまい、試料基板表面に到達するＣｕ2+イオン密度が基板ホルダーに近いほど低くなっていることが予想される。よって、試料基板表面付近のＣｕ2+イオンの分布が不均一になり、ムラのある粗悪なＣｕ膜になったと考えられる。
【００６４】
一方、基板ホルダー（ｃ）では、試料表面まわりが曲率の高い伝導体とならないようにした結果、固定ネジ周りにおいて、試料端に半径３．０ｍｍ程度の半円の粗悪Ｃｕ層ができるものの、その部分以外のＣｕ膜は一様な膜厚の鏡面Ｃｕ厚膜となった。すなわち、固定ネジにより生ずる電荷集中の影響を受けない部位においては、膜厚が一様な鏡面Ｃｕ厚膜を得られるのである。
【００６５】
▲２▼ 陰極電極のダミー面積を確保した。メッキ時に電極に給電するための直流安定化電源は、基板の面積が４×１０2〜２．２５×１０2〔ｃｍ2〕のＣｕメッキに適した装置である。そのため、被メッキ面積が１〔ｃｍ2〕以下の場合、被メッキ面積を拡大させておかなければ、適切なＣｕ膜質とＣｕ膜厚の制御性が得られない。そこで、基板ホルダーの表面自体を陰極電極（被メッキ面積：ダミー）として設計した。また、０．１μｍ以下の精度でＣｕメッキ膜厚の制御がしやすいよう、０．１〔μｍ／ｍｉｎ〕程度の成膜速度が電流調整範囲内で得られるようにした。図１２の基板ホルダー（ｃ）は、上記の条件を満たすものである。なお、基板面積に適合する直流安定化電源を用いることができれば、ダミー面積の確保は不要である。
【００６６】
次いで、電解Ｃｕメッキ条件は、以下のように定める。温度は２５℃とし、ヒーター制御により常に２５℃一定を保つ。撹拌方法は、ＡｉｒＢｌｏｗによる空気撹拌と陰極電極ごと上下運動させる。電流密度は、１０-3〜５０×１０-3〔Ａ／ｃｍ2〕の範囲とする。
【００６７】
電界Ｃｕメッキは、成膜温度に大きく依存してくるので、成膜温度を常に一定温度に決定しておかないと、成膜条件が温度によって変化してきてしまう上、温度が低すぎたり高すぎたりすると、本実施例で使用するメッキ液においては、うまく成膜できなくなると予想される。よって、ヒーター制御でメッキ液の温度を常に２５℃一定に保った。
【００６８】
また。Ｃｕは重金属であるため、液中のＣｕイオン拡散速度は比較的遅い。よって、電界メッキ中に陰極電極付近のＣｕイオン密度が減少してきてしまう。試料表面に均一なＣｕ膜を得るためには、メッキ液内のイオン密度の偏りを解消させなければならない。そのため、メッキ液液撹拌方法としてＡｉｒＢｌｏｗで常に空気撹拌を行った。またカソードロッカーで陰極電極ごと上下にスライド運動させる事によりメッキ液表面付近のＣｕイオン密度を一定に保つこととした。
【００６９】
メッキ手順としては、先ず、基板を０．１μｍのアルミナ研摩粉を用いて表面研摩（表面粗さ：数十ｎｍ）し、研摩後に洗浄した基板を９０℃で１０分間乾燥させ、スパッタ装置を用いてＰｔを膜厚約２００〜３００ｎｍ程度に成膜してＰｔ薄膜を陰極電極として作製する。基板ホルダーｃに試料を固定し、陰極板と接続させ、メッキ槽に浸す。撹拌装置を起動しつつ、始めの１０秒間は最低電流密度で放置し、それ以降は最適化電流密度で目的膜厚時間までメッキする。
【００７０】
ここで、電流密度とは、出力電流値を被メッキ面積（陰極面積）で割った数値で、メッキ速度を律する大きな要因である。メッキ速度を律する他の大きな要因として、溶液状態（濃度）がある。これは、時間の経過とともに水分の蒸発が起こり、メッキ液の量変化とともにメッキ液の濃縮が起こるためと考えられる。メッキ液濃度を一定に保つために、メッキ液の減少に伴って超純水を所定の液量となる水位まで足してゆく作業を行うが、時間に対する蒸発量は、気温や湿度、またメッキ回数など、多くの要素に依存しており、蒸発量の正確な把握、調整は重要である。所定時間内（メッキ液条件の変化が起こる前：蒸発量が少ない時間内）に試料をメッキし、メッキ速度を比較してみる（図１０参照）。これから、同じ電流密度でのメッキにおいては、膜厚成長速度は一定となり、メッキ速度が電流密度に比例していることが分かる。
【００７１】
図１０に示したメッキ時間と膜厚の関係において、電流密度２２．８６ｍＡ／ｃｍ2以上においては、密度の低い表面が粗いＣｕ膜が析出する。これは、電流密度が高すぎることによって、メッキ速度が大き過ぎるために起こった現象だといえる。メッキ速度が大きいと、陰電極表面におけるＣｕイオン密度の低下が起こる。また、一定陰極面積内の電荷密度が多くなりすぎる為に、一定時間内に一定面積から大量のＣｕが析出する（過剰な析出速度）。そのため、Ｃｕが配列する前に析出し、膜内は欠陥が多くなる。さらに、欠陥による凹凸が生じると、その凸部分にさらなる電荷集中がおこり、さらに凸凹が顕著になってくるという現象がおこると予想される。
【００７２】
一方、２２．８６ｍＡ／ｃｍ2以下の電流密度においては、均一なＣｕ膜が得られるものの、断面が矩形となる微細マイクロストリップラインを基板上に電解Ｃｕメッキするためには、析出Ｃｕの形状の矩形維持と、０．１μｍ以下のオーダーにおける膜厚制御が求められる。すなわち、電流密度値が大きすぎると角への電荷集中が起こり、電荷集中の高い個所はＣｕ成長速度が大きいため形状の変形が起こってくると考えられるため、電流密度を適切な値に抑える事によって矩形を保ち、０．１μｍ以下の膜厚制御が可能な電流密度値を定める必要がある。これを満たす電流密度値として、３．６ｍＡ／ｃｍ2を最適電流密度値と設定した。
【００７３】
上記のように、過剰電流密度でメッキを行って成膜した膜表面の状態と、最適電流密度でメッキを行って成膜した膜表面の状態の比較写真が図１３である。過剰電流密度（２２．９ｍＡ／ｃｍ2以上）でメッキした膜（図中、左下）では、写り込みがないことから膜表面が粗いことが分かり、最適電流密度（３．６ｍＡ／ｃｍ2）でメッキした膜（図中、右下）では、良好な写り込みが認められることから膜表面が鏡面になっていることが分かる。
【００７４】
以上、集積ＲＦモジュールの作製のために、室温で成膜可能なエアロゾルデポジション法によるＡｌ2Ｏ3誘電体厚膜の作製技術と、角型の微細なＣｕ線路を形成するための電解Ｃｕメッキと微細パターンニング技術について説明した。次いで、これらの技術を用い、集積ＲＦモジュールに必要となる微小Ｌｏｗ−Ｐａｓｓ ＬＣ−ｆｉｌｔｅｒの設計を行った。これにより、集積ＲＦモジュールにおけるエアロゾルデポジション法を用いた金属ベース上へのＡｌ2Ｏ3厚膜形成の有効性を電磁界解析により確認した。
【００７５】
まず、遮断周波数１０ＧＨｚと整合性を考慮しインピーダンス５０Ωの２次定Ｋ型ＬＰＦ（Low Pass Filter）となるインダクタンスとキャパシタンスの値を計算し、回路シュミレーションソフト（Microwave Office）を用い、理想的な通過特性（Ｓ21）と電磁界解析ソフト（Sonnet Suite）により各素子の誘電損失および寄生キャパシタンス、インダクタンス、また電界の回りこみなども考慮した実物に近い立体的なモデル（図１４（ａ）参照）で、通過特性（Ｓ21）を解析した。使用した解析条件は、表２に示す。そのＬＣ ｆｉｌｔｅｒの寸法は０．２〔ｍｍ〕×０．４〔ｍｍ〕とした。
【００７６】
【表２】
【００７７】
損失のない理想的なインダクター（Ｌ）とキャパシター（Ｃ）を用い遮断周波数１０ＧＨｚのＬＣ ｆｉｌｔｅｒを計算すると、Ｌは１．１３ｎＨ、Ｃは０．４５ｐＦである。回路シミュレーターによる通過特性の理論値を図１４（ｂ）の薄線で示す。一方、電磁界解析ソフトで解析した通過特性のシミュレーション結果を図１４（ｂ）の濃線で示す。実物に近い立体的なモデルを電磁界解析のシミュレーション結果は、理想的なＬＰＦの通過特性に比べて、遮断周波数が若干高周波側に移動しているものの、遮断周波数が１０ＧＨｚ帯域におけるＬＰＦの特性を十分に満たしている。すなわち、微小Ｌｏｗ−Ｐａｓｓ ＬＣ−ｆｉｌｔｅｒの設計を通じ、集積ＲＦモジュールを形成するのに、エアロゾルデポジション法を用いて金属ベース上に形成したＡｌ2Ｏ3厚膜を利用することが有効で、また、小型化・高性能化に極めて有利な微小マイクロストリップラインの形成も可能であることが理解できる。
【００７８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係るＲＦモジュールによれば、３００℃以下の低温で１〜５０〔μｍ〕の厚さに絶縁膜を形成するものとしたので、そのベースには金属を用いることができ、機械加工で安価に寸法精度が出せる金属材料基板によってＲＦモジュールを構成できる。また、高温焼成などを行わないので、材料収縮がなく、高い寸法精度を実現できるし、能動デバイスを二次元回路に実装できるという利点もある。
【００７９】
また、請求項２に係るＲＦモジュールによれば、金属ベース上の絶縁膜に二次元回路を形成した二次元回路基板を複数用意し、個別の二次元回路基板を積層できるので、集積率を高めるような回路設計が容易となる。
【００８０】
また、請求項３に係るＲＦモジュールによれば、外表面を金属で覆って接地することにより、内部の二次元回路をシールドするようにしたので、外部ノイズに強いと共に、外部への電波漏洩もないので、ＥＭＣ対策に好適である。
【００８１】
また、請求項４に係るＲＦモジュールによれば、絶縁膜には誘電損失の少ないセラミックスを用いるものとし、絶縁膜上に形成するマイクロストリップラインは、５０Ωのインピーダンス整合を線幅の狭い配線で実現するようにしたので、更なる高集積化を期せる。
【００８２】
請求項５に係るＲＦモジュールの作製方法によれば、エアロゾルデポジション法によりＡｌ2Ｏ3微粒子を用いて室温で１〜５０〔μｍ〕の厚さの絶縁膜を形成するものとしたので、そのベースにはＡｌ薄板を用いることができ、機械加工で安価に寸法精度が出せる金属材料基板によってＲＦモジュールを作製できる。更に、絶縁膜には誘電損失の少ないＡｌ2Ｏ3を用いるものとしたので、絶縁膜上に形成するマイクロストリップラインは、５０Ωのインピーダンス整合を線幅の狭い配線で実現することができ、高集積化を期せる。
【００８３】
また、請求項６に係るＲＦモジュールの作製方法によれば、絶縁膜の表面には１０〔ｎｍ〕以上の凹凸を形成し、絶縁膜上にマイクロストリップライン用のＰｔ下地配線を形成し、電界メッキの電流量を１ｎＡ〜１μＡの範囲で正確に制御すると共にメッキ速度を１分間に０．１μｍ〜１μｍの範囲に抑えた状態で、Ｐｔ下地配線上にのみ電界を印加して銅をメッキするようにしたので、断面が矩形状のマイクロストリップラインを得ることができ、良好な高周波特性を期せる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＡＤ法を用いて作製した集積化ＲＦモジュールの概略構成図である。
【図２】（ａ）従来製品のプリント配線基板上に作製した従来のマイクロストリップラインを特性インピーダンス５０Ωとする場合と、本実施形態のＲＦモジュールの如く金属ベース上に形成したセラミックス膜上のマイクロストリップラインを特性インピーダンス５０Ωとする場合との比較概要図である。
（ｂ）従来のＬＴＣＣ法で配線形成に利用されるスクリーン印刷法で形成したマイクロストリップラインの断面形状と、銅メッキ法で形成したマイクロストリップラインの断面形状との比較概要図である。
【図３】エアロゾルデポジション法による成膜装置の概略構成図である。
【図４】（ａ）ＳＧ１６０ＡのＡｌ2Ｏ3微粒子を用いてガラス基板上へ成膜した状態の写真である。
（ｂ）ＳＧ１６０ＢのＡｌ2Ｏ3微粒子を用いてガラス基板上へ成膜した状態の写真である。
【図５】（ａ）原料粉末ＳＧ１６０ＡにおけるＡｌ2Ｏ3微粒子の顕微鏡写真である。
（ｂ）原料粉末ＳＧ１６０ＢにおけるＡｌ2Ｏ3微粒子の顕微鏡写真である。
【図６】（ａ）成膜したＡｌ2Ｏ3厚膜のアズデポ状態の表面の顕微鏡写真である。
（ｂ）成膜したＡｌ2Ｏ3厚膜の研摩後の表面の顕微鏡写真である。
（ｃ）Ａｌ基板上に形成したＡｌ2Ｏ3厚膜断面の顕微鏡写真である。
【図７】Ａｌ2Ｏ3と原料粉末のＸ線回折パターン特性図である。
【図８】比誘電率と誘電喪失の周波数特性図である。
【図９】マイクロストリップラインの周波数−インピーダンス特性図である。
【図１０】メッキ時間と膜厚の関係を示す特定図である。
【図１１】（ａ）微細マイクロストリップラインの顕微鏡写真である。
（ｂ）レーザー顕微鏡観察データから描出した三次元イメージである。
【図１２】基板ホルダーの外観図である。
【図１３】過剰電流密度でメッキを行って成膜した膜表面の状態と、最適電流密度でメッキを行って成膜した膜表面の状態の比較写真である。
【図１４】（ａ）カットオフ１０ＧＨｚのローパスフィルターの概略構成図である。
（ｂ）図１４（ａ）におけるローパスフィルターの理論計算によるフィルター伝達特性と、実験値からシミュレートしたフィルター伝達特性を示す特性図である。
【符号の説明】
１ 第１二次元回路
１１ 金属ベース
１２ 絶縁膜
１３ パターン配線
２ 第２二次元回路
２１ 金属ベース
２２ 絶縁膜
２３ パターン配線
３ 第３二次元回路
３１ 金属ベース
３２ 絶縁膜
３３ パターン配線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受動部品であるキャパシター、レジスター、インダクターを一つのモジュール内に集積化したＲＦモジュールであって、
任意形状の金属薄板である金属ベースと、
上記金属ベース上に、３００℃以下の低温で１〜５０〔μｍ〕の厚さに形成された絶縁膜と、
上記絶縁膜上に形成された受動部品および／または絶縁膜上に装着された既存のチップ部品と、これらを接続するパターン配線と、からなる二次元回路と、
を備えることを特徴とするＲＦモジュール。
【請求項２】
上記金属ベース上の絶縁膜に二次元回路を形成した二次元回路基板を複数用意し、個別の二次元回路基板を積層するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のＲＦモジュール。
【請求項３】
外表面を金属で覆って接地することにより、内部の二次元回路をシールドするようにしたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＲＦモジュール。
【請求項４】
上記絶縁膜には誘電損失の少ないセラミックスを用いるものとし、絶縁膜上に形成するマイクロストリップラインは、５０Ωのインピーダンス整合を線幅の狭い配線で実現するようにしたことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のＲＦモジュール。
【請求項５】
受動部品であるキャパシター、レジスター、インダクターを一つのモジュール内に集積化したＲＦモジュールの作製方法であって、
任意形状のＡｌ薄板である金属ベース上に、エアロゾルデポジション法によりＡｌ2Ｏ3微粒子を用い室温で厚さ１〜５０〔μｍ〕の厚さの絶縁膜を形成し、この絶縁膜上に二次元回路を形成するようにしたことを特徴とするＲＦモジュールの作製方法。
【請求項６】
上記絶縁膜の表面には１０〔ｎｍ〕以上の凹凸を形成し、絶縁膜上にマイクロストリップライン用のＰｔ下地配線を形成し、電界メッキの電流量を１ｎＡ〜１μＡの範囲で正確に制御すると共にメッキ速度を１分間に０．１μｍ〜１μｍの範囲に抑えた状態で、Ｐｔ下地配線上にのみ電界を印加して銅をメッキするようにしたことを特徴とする請求項５に記載のＲＦモジュールの作製方法。
【請求項１】
受動部品であるキャパシター、レジスター、インダクターを一つのモジュール内に集積化したＲＦモジュールであって、
任意形状の金属薄板である金属ベースと、
上記金属ベース上に、３００℃以下の低温で１〜５０〔μｍ〕の厚さに形成された絶縁膜と、
上記絶縁膜上に形成された受動部品および／または絶縁膜上に装着された既存のチップ部品と、これらを接続するパターン配線と、からなる二次元回路と、
を備えることを特徴とするＲＦモジュール。
【請求項２】
上記金属ベース上の絶縁膜に二次元回路を形成した二次元回路基板を複数用意し、個別の二次元回路基板を積層するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のＲＦモジュール。
【請求項３】
外表面を金属で覆って接地することにより、内部の二次元回路をシールドするようにしたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＲＦモジュール。
【請求項４】
上記絶縁膜には誘電損失の少ないセラミックスを用いるものとし、絶縁膜上に形成するマイクロストリップラインは、５０Ωのインピーダンス整合を線幅の狭い配線で実現するようにしたことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のＲＦモジュール。
【請求項５】
受動部品であるキャパシター、レジスター、インダクターを一つのモジュール内に集積化したＲＦモジュールの作製方法であって、
任意形状のＡｌ薄板である金属ベース上に、エアロゾルデポジション法によりＡｌ2Ｏ3微粒子を用い室温で厚さ１〜５０〔μｍ〕の厚さの絶縁膜を形成し、この絶縁膜上に二次元回路を形成するようにしたことを特徴とするＲＦモジュールの作製方法。
【請求項６】
上記絶縁膜の表面には１０〔ｎｍ〕以上の凹凸を形成し、絶縁膜上にマイクロストリップライン用のＰｔ下地配線を形成し、電界メッキの電流量を１ｎＡ〜１μＡの範囲で正確に制御すると共にメッキ速度を１分間に０．１μｍ〜１μｍの範囲に抑えた状態で、Ｐｔ下地配線上にのみ電界を印加して銅をメッキするようにしたことを特徴とする請求項５に記載のＲＦモジュールの作製方法。
【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】
【公開番号】特開２００７−１７３２５７（Ｐ２００７−１７３２５７Ａ）
【公開日】平成１９年７月５日（２００７．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００３−７７２８６（Ｐ２００３−７７２８６）
【出願日】平成１５年３月２０日（２００３．３．２０）
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年７月５日（２００７．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１５年３月２０日（２００３．３．２０）
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
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