CN117561648A

CN117561648A - 波导元件

Info

Publication number: CN117561648A
Application number: CN202280045282.XA
Authority: CN
Inventors: 谷健太郎; 近藤顺悟
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2021-08-12
Filing date: 2022-08-04
Publication date: 2024-02-13
Also published as: US20240162592A1; WO2023017775A1; JPWO2023017775A1; DE112022002926T5

Abstract

提供一种波导元件，其为无机材料基板安装(支承)于支承基板的结构，并且在超过30GHz的高频的区域中在较宽频率范围内具有优异的低传播损耗性能。本发明的实施方式的波导元件具备：波导构件，能够对频率为30GHz以上且20THz以下的电磁波进行导波；支承基板，对所述波导构件进行支承；以及低介电常数部。该波导构件具备无机材料基板、以及设置于所述无机材料基板的上部的共面型电极。支承基板设置于所述无机材料基板的下部。低介电常数部设置于所述无机材料基板的下部，具有比所述无机材料基板的介电常数小的介电常数。

Description

波导元件

技术领域

本发明涉及波导元件。

背景技术

作为对毫米波～太赫兹波进行导波的元件之一，正在进行波导元件的开发。波导元件正在被期待在光波导、下一代高速通信、传感器、激光加工、太阳光发电等广泛领域中的应用以及展开。作为这样的波导元件的一例，提出了使用接地共面波导的技术，该接地共面波导由厚度300μm的玻璃基板、设置于玻璃基板上的共面型导体、以及设置于玻璃基板的与共面型导体相反侧的面的接地电极构成(专利文献1)。

在将基于这样的技术的波导元件用于各种工业产品的情况下，研究将波导元件安装于IC基板或印刷基板等支承基板。但是，若将波导元件安装于支承基板，则在毫米波～太赫兹波的频带(特别是300GHz以上的频带)中，能够确保实用水平的低传播损耗性能的范围窄，难以实现遍及较宽频率范围的优异的低传播损耗性能。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表2021-509767号公报

发明内容

发明所要解决的课题

本发明的主要目的在于提供一种波导元件，该波导元件是将无机材料基板安装(支承)于支承基板的结构，并且能够在30GHz以上的高频的区域中在较宽频率范围内实现优异的低传播损耗性能。

用于解决课题的手段

本发明的实施方式的波导元件具备：波导构件，其能够对频率为30GHz以上且20THz以下的电磁波进行导波；支承基板；其对所述波导构件进行支承；以及低介电常数部。所述波导构件具备无机材料基板、以及设置于所述无机材料基板的上部的共面型电极。所述支承基板设置于所述无机材料基板的下部。所述低介电常数部设置于所述无机材料基板的下部，具有比所述无机材料基板的介电常数小的介电常数。

在一个实施方式中，上述无机材料基板的厚度t满足下述式(1)。

[数式1]

(式中，t表示无机材料基板的厚度。λ表示在波导构件中导波的电磁波的波长。ε表示无机材料基板的相对介电常数。a表示2的数值。)

在一个实施方式中，上述支承基板具有凹部，由上述无机材料基板的下表面和上述支承基板的凹部规定空洞，上述空洞作为上述低介电常数部而发挥功能。

在一个实施方式中，上述共面型电极具备：信号电极，其沿给定方向延伸；以及地电极，其在与上述给定方向交叉的方向上位于相对于上述信号电极空开间隔的位置，在将与上述给定方向交叉的方向上的上述信号电极与上述地电极之间的间隙的尺寸设为g的情况下，上述无机材料基板的厚度方向上的空洞的尺寸为g以上。

在一个实施方式中，上述波导元件具备位于上述无机材料基板与上述支承基板之间的接地电极。

在一个实施方式中，上述无机材料基板的300GHz下的相对介电常数ε和介质损耗角正切(介电损耗)tanδ分别为3.5以上且12以下、0.003以下。

在一个实施方式中，上述无机材料基板为石英玻璃基板。

发明效果

根据本发明的实施方式，能够实现一种波导元件，其为无机材料基板安装(支承)于支承基板的结构，并且在30GHz以上的高频的区域中在较宽频率范围内具有优异的低传播损耗性能。

附图说明

图1是本发明的实施方式所涉及的波导元件的概略立体图。

图2是图1的波导元件的II－II′剖视图。

图3是本发明的另一实施方式所涉及的波导元件的概略立体图。

图4是本发明的又一实施方式所涉及的波导元件的概略立体图。

图5是图4的波导元件的V－V′剖视图。

图6是说明图2的波导元件的变形例的概略剖视图。

图7是本发明的又一实施方式所涉及的波导元件的概略立体图。

图8是图7的波导元件的VIII－VIII′剖视图。

图9是图7的波导元件的IX－IX′剖视图。

图10是图7的波导元件的X－X′剖视图。

图11是说明图7的波导元件中的通路的形状的变形例的概略剖视图。

图12是说明图11的波导元件中的通路的配置的变形例的概略剖视图。

图13是说明图7的波导元件中的通路的配置的变形例的概略剖视图。

图14是说明图11的波导元件中的通路的结构的变形例的概略剖视图。

图15是本发明的又一实施方式所涉及的波导元件的概略立体图。

图16是图15的波导元件的XVI－XVI′剖视图。

图17是图15的波导元件的分解立体图。

图18是说明图16的导体销由绝缘材料覆盖的状态的概略剖视图。

图19是本发明的又一实施方式所涉及的波导元件的概略立体图。

图20是说明图3的波导元件中的接合部的配置的一例的概略剖视图。

图21是说明图2的波导元件中的接合部的配置的一例的概略剖视图。

具体实施方式

以下，对本发明的实施方式进行说明，但本发明并不限定于这些实施方式。

A.波导元件的整体结构

A-1.波导元件100的整体结构

图1是本发明的一个实施方式所涉及的波导元件的概略立体图；图2是图1的波导元件的II－II′剖视图。

图示例的波导元件100具备波导构件10、支承基板20以及低介电常数部50。波导构件10能够对频率为30GHz以上且20THz以下的电磁波进行导波，换言之，能够对毫米波～太赫兹波的电磁波进行导波。另外，所谓毫米波，代表性地是指频率为30GHz～300GHz左右的电磁波；所谓太赫兹波，代表性地是指频率为300GHz～20THz左右的电磁波。特别是，波导构件10能够在确保优异的低传播损耗性的同时对频率为30GHz以上且2THz以下的电磁波(特别是频率为30GHz以上且1THz以下电磁波)进行导波。

波导构件10构成共面线路，具备无机材料基板1以及设置于无机材料基板1的上部的共面型电极2。

支承基板20设置于无机材料基板1的下部，对波导构件10进行支承。低介电常数部50设置于无机材料基板1的下部，具有比无机材料基板1的介电常数小的介电常数。低介电常数部50代表性地是具有比无机材料基板1的折射率小的折射率的低折射率部。

在构成共面线路的波导构件中，当对共面型电极施加电压时产生电场，上述的高频的电磁波与电场耦合而传播，详细后述。

当在这样的波导构件被支承于支承基板的结构中对上述的高频的电磁波(特别是300GHz以上的电磁波)进行导波时，有时产生平板模式的感应以及/或者基板谐振，传播损耗显著增大。

为了抑制平板模式、基板谐振所引起的传播损耗的增大，使设置共面型电极的无机材料基板的厚度充分薄的结构是有效的，但在该情况下，会产生如下这样新的问题：所传播的电磁波向位于无机材料基板的下部的支承基板泄露，支承基板的介电损耗所引起的传播损耗变大。

另一方面，通过在设置共面型电极的无机材料基板的下部设置低介电常数部，能够在上述的高频的区域中在较宽频率范围内，抑制电场向支承基板泄露并且抑制平板模式的感应以及基板谐振的产生。因此，上述波导元件能够在上述的高频的区域中在较宽频率范围内确保优异的低传播损耗性能。

此外，波导元件的小型化的开发不断进展，预计将来会实现电路的集成化，因此预想波导构件(线路结构)也要求随之小型化。在上述的波导元件中，由于波导构件(线路结构)支承于支承基板，因此能够实现波导构件所具备的无机材料基板的薄板化。其结果，能够在上述的高频的区域中在较宽频率范围内确保优异的低传播损耗性能，并且也能够应对小型化的要求。

在一个实施方式中，无机材料基板1的厚度满足下述式(1)。

[数式1]

若无机材料基板的厚度满足上述式(1)，则能够实现对上述的高频的电磁波进行导波的情况下的传播损耗的降低。

在一个实施方式中，无机材料基板1的300GHz下的相对介电常数ε代表性地为3.5以上，代表性地为12.0以下，优选为10.0以下，更优选为5.0以下。

无机材料基板1的300GHz下的介质损耗角正切(介电损耗)tanδ代表性地为0.0030以下，优选为0.0020以下，更优选为0.0015以下。

若无机材料基板的相对介电常数ε以及介质损耗角正切(介电损耗)tanδ为上述的范围，则能够在上述的高频带的较宽频率范围内稳定地确保优异的低传播损耗性能。另外，相对介电常数ε以及介质损耗角正切(介电损耗)tanδ能够通过太赫兹时域分光法来测定。此外，在本说明书中，在关于相对介电常数以及介质损耗角正切没有提及测定频率的情况下，是指300GHz下的相对介电常数以及介质损耗角正切。

无机材料基板1的厚度具体而言为1μm以上，优选为2μm以上，更优选为10μm以上，进一步优选为20μm以上，例如为300μm以下，优选为200μm以下，更优选为100μm以下，进一步优选为70μm以下。从通过减小电极的尺寸来实现小型化的观点出发，无机材料基板1的厚度特别优选为60μm以下。

若无机材料基板1的厚度为上述范围，则能够在上述的高频带的较宽频率范围内更稳定地确保优异的低传播损耗性能。

在一个实施方式中，波导构件10构成带接地共面线路，具备接地电极3。接地电极3位于无机材料基板1与支承基板20之间。

若波导构件具备接地电极，则能够稳定地抑制在对共面型电极施加电压时产生的电场向支承基板泄露，并且也能够抑制基板谐振的产生。

另外，图示例的波导构件10构成带接地共面线路，但本发明的波导构件也可以如图3所示的波导构件11那样不具备接地电极。

在一个实施方式中，共面型电极2具备信号电极2a、第一地电极2b以及第二地电极2c。信号电极2a具有沿给定方向(波导构件的波导方向)延伸的线形状。信号电极2a的宽度(与波导方向正交的方向的尺寸)w例如为2μm以上，优选为20μm以上，例如为200μm以下，优选为150μm以下。第一地电极2b在与信号电极2a的长度方向交叉(优选为正交)的方向上相对于信号电极2a空开间隔地配置。第二地电极2c在与信号电极2a的长度方向交叉(优选为正交)的方向上，相对于信号电极2a位于第一地电极2b的相反侧，相对于信号电极2a空开间隔地配置。由此，在信号电极2a与地电极2b、2c之间，形成沿信号电极2a的长度方向延伸的空隙部(间隙)。该空隙部(间隙)的宽度(与长度方向交叉的方向的尺寸)g例如为2μm以上，优选为5μm以上，例如为100μm以下，优选为80μm以下。

此外，如图6所示，地电极2b、2c与接地电极3也可以导通。若地电极2b、2c与接地电极3导通，则能够强化接地，能够抑制由周围的线路、元件引起的寄生电容。

在图示例中，在无机材料基板1形成有多个过孔9，通过位于各过孔9内的通路6，地电极与接地电极短路。多个通路6(过孔)的配置没有特别限制。在图示例中，多个通路6(过孔)在信号电极2a的长度方向上排列。通路6代表性地是形成于过孔的整个内表面的导电膜。通路6由导电性材料构成，代表性地由与共面型电极2相同的金属(后述)构成。在过孔中，也可以在整个孔内填充有导电性材料。在通路由金属膜形成的情况下，其内部也可以由导电性材料填充。导电性材料可以是与通路相同的金属，也可以是导电性糊剂等不同的材料。

波导元件100也可以还具备第二接地电极4。以下，有时将接地电极3称为第一接地电极3。此外，也可以将接地电极3称为第一金属层，将第二接地电极4称为第二金属层。第二接地电极4相对于支承基板20位于与第一接地电极3相反侧。在图示例中，第二接地电极4形成在支承基板20的与第一接地电极3相反侧的表面上，与支承基板20直接接触。根据这样的结构，由于第一接地电极配置在无机材料基板与支承基板之间，第二接地电极相对于支承基板配置在与第一接地电极相反侧，因此能够进一步抑制电磁波向支承基板泄露。

波导元件100也可以具备将第一接地电极3与第二接地电极4电连接的基板贯通通路22。图6所示的波导元件100分别具备将第一接地电极3与共面型电极2的地电极连接的通路6、以及将第一接地电极3与第二接地电极4连接的基板贯通通路22。由此，能够进一步强化接地，能够稳定地抑制由周围的线路、元件引起的寄生电容。

如图1以及图2所示，在一个实施方式中，低介电常数部50为空洞。换言之，空洞作为低介电常数部50(低折射率部)而发挥功能。更详细而言，支承基板20具有凹部21，空洞由无机材料基板1的下表面和支承基板20的凹部21规定。凹部21代表性地从支承基板20的上表面向下方凹陷，沿与信号电极2a相同的方向延伸。在凹部21的内表面设置有上述接地电极3的情况下，空洞也可以由无机材料基板1的下表面和设置于凹部21的内表面的接地电极3规定。在一个实施方式中，空洞(低介电常数部)50以在无机材料基板1的厚度方向上与信号电极的至少一部分重叠的方式配置。

另外，低介电常数部优选介电常数小于3.5，例如可以是SiO₂、氟化镁，氟化钙、低介电常数聚合物(例如相对介电常数为2.3的TEFLON(注册商标)系聚合物)。

若低介电常数部为空洞，则与低介电常数部由其他材料构成的情况相比，能够更稳定地抑制在波导构件中传播的电磁波从波导构件漏出，并且能够进一步抑制低介电常数部中的传播损耗(介电损耗)。

在一个实施方式中，无机材料基板1的厚度方向上的空洞的尺寸d的下限值为空隙部(间隙)的宽度g以上，优选为2g以上。无机材料基板1的厚度方向上的空洞的尺寸d的上限值为20g以下，优选为5g以下。

若空洞的尺寸为上述下限以上，则能够实现对上述的高频的电磁波进行导波的情况下的传播损耗的进一步降低。

此外，在一个实施方式中，无机材料基板1的宽度方向(与波导方向正交的方向)上的空洞的尺寸的下限值为信号电极的宽度w以上，优选为信号电极的宽度w+空隙部(间隙)的宽度g×2以上。无机材料基板1的宽度方向上的空洞的尺寸的上限值为信号电极的宽度w+空隙部(间隙)的宽度g×40以下，优选为信号电极的宽度w+空隙部(间隙)的宽度g×20以下。

在低介电常数部为空洞以外的情况下，由上述材料形成的低介电常数部也可以配置于支承基板20的凹部21。

此外，如图4以及图5所示，也可以构成为支承基板20不具有凹部21，由上述材料形成的低介电常数部51配置于无机材料基板1与支承基板20之间。在图示例中，低介电常数部51形成为层状，夹设在无机材料基板1与接地电极3之间。无机材料基板1的厚度方向上的低介电常数部51的尺寸d的范围与上述的无机材料基板1的厚度方向上的空洞的尺寸d的范围相同。

A-2.波导元件101的整体结构

图7是本发明的另一实施方式所涉及的波导元件的概略立体图；图8是图7的波导元件的VIII－VIII′剖视图；图9是图7的波导元件的IX－IX′剖视图；图10是图7的波导元件的X－X′剖视图。

图示例的波导元件101除了具备上述的无机材料基板1、上述的共面型电极2、上述的第一接地电极3、上述的支承基板20以及上述的第二接地电极4以外，还具备第一通路5和第二通路6。另外，虽未图示，但波导元件101也可以具备后述的接合部。

在一个实施方式中，第一通路5将共面型电极2的地电极与第二接地电极4电连接，并且与第一接地电极3电连接。波导元件101具备多个上述的第一通路5。第二通路6将第一接地电极3与地电极电连接。第二通路6配置于多个第一通路5中的彼此相邻的第一通路5之间。根据这样的结构，第一通路将第一接地电极与第二接地电极与共面型电极的地电极电连接。因此，能够进一步强化接地，能够更稳定地抑制由周围的线路、元件引起的寄生电容。此外，能够对支承基板附加优异的散热功能，并且能够抑制高阶模式下的传输。此外，在第一通路中，能够简便地确保位于第一接地电极与地电极之间的部分、与位于第一接地电极与第二接地电极之间的部分的相对位置精度。因此，与分别设置将第一接地电极与地电极连接的通路和将第一接地电极与第二接地电极连接的通路的情况(参照图6)相比，能够抑制纹波的产生。此外，具备第一通路5的波导元件101与图6所示的波导元件100相比，能够顺畅地制造。

进而，由于第二通路配置于彼此相邻的第一通路之间，因此能够使无机材料基板中的第一通路与第二通路的间距比支承基板中的第一通路的间距小。因此，即使将无机材料基板薄厚度化，也能够充分确保无机材料基板的强度。

A-2-1.第一通路

如图7所示，在波导元件101中，第一通路5在与信号电极2a的长度方向交叉(优选为正交)的方向上，设置于信号电极2a的两侧。以下，有时将使第一地电极2b与第二接地电极4电连接的第一通路设为第一通路5a，将使第二地电极2c与第二接地电极4电连接的第一通路设为第一通路5b来相互区別。

如图8所示，第一通路5a与第一地电极2b以及第二接地电极4接触，在第一地电极2b与第二接地电极4之间连续地延伸。第一通路5b与第二地电极2c以及第二接地电极4接触，在第二地电极2c与第二接地电极4之间连续地延伸。第一通路5a、5b分别贯通第一接地电极3，并与第一接地电极3接触。另外，波导元件也可以仅具备第一通路5a、5b中的任意一方。

第一通路5代表性地为导电膜。第一通路5由导电性材料构成，代表性地由与共面型电极2相同的金属(后述)构成。第一通路5的形状与其所配置的第一过孔8的形状对应。即，波导元件101与多个第一通路5对应地具有多个第一过孔8。第一过孔8贯通无机材料基板1、第一接地电极3以及支承基板20。第一过孔8代表性地从无机材料基板1的上方观察具有圆形状。在第一过孔具有圆形状的情况下，第一过孔的内径例如为10μm以上，优选为20μm以上，例如为200μm以下，优选为100μm以下，更优选为80μm以下。

在图8中，第一过孔8从无机材料基板1的上方观察具有圆形状，并且在无机材料基板1的厚度方向上直线地贯通无机材料基板1、第一接地电极3以及支承基板20。在第一过孔为圆形且为直线的情况下，第一通路5具有沿无机材料基板1的厚度方向延伸的圆柱形状或圆筒形状。在该情况下，第一通路5的外径的范围与上述第一过孔的内径的范围相同。

如图11所示，第一过孔8也可以从无机材料基板1的上方观察具有圆形状，并且具有随着接近第一接地电极3而直径变小的锥形形状。此外，虽未图示，但第一过孔8也可以从无机材料基板1的上方观察具有圆形状，并且为随着接近接地电极3而直径变大的锥形形状。

若第一过孔为锥形形状，则能够具有容易形成第一通路内的导电膜、容易确保支承基板的强度这样的特征。此外，第一通路也可以以导电性材料埋入第一过孔的方式形成。

在第一过孔为圆形且锥形形状的情况下，第一通路5优选具有与第一接地电极3的接触部分成为小径、且随着远离第一接地电极3而成为大径的沙漏形状。换言之，第一通路5优选具有2个圆锥的顶点彼此连结的形状。在该情况下，第一通路5的最大外径在上述的范围内。在一个实施方式中，与地电极接触的第一通路5的一个端部的外径小于与第二接地电极接触的第一通路5的另一端部的外径。在第一通路5中，相对于第一接地电极位于共面型电极2侧的锥角小于相对于第一接地电极位于第二接地电极侧的锥角。

另外，在图示例中，共面型电极的地电极以及第二接地电极分别形成为堵塞第一过孔，但地电极以及第二接地电极各自的结构并不限定于此。地电极以及第二接地电极分别与第一通路导通即可，也可以不堵塞而开放第一过孔。

多个第一通路5a的间距P1(彼此相邻的第一通路5的中心间的距离)例如为40μm以上，优选为60μm以上，例如为600μm以下，优选为400μm以下，更优选为200μm以下。

此外，在图7～图11所示的波导元件101中，多个第一通路5在信号电极2a的长度方向上相互空开间隔地排列。多个第一通路5排列的方向并不限定于信号电极2a的长度方向。如图13所示，多个第一通路5也可以在与信号电极2a的长度方向交叉(优选为正交)的方向上相互空开间隔地排列。此外，波导元件也可以在与信号电极2a的长度方向交叉(正交)的方向上具有多个沿信号电极2a的长度方向排列的第一通路5的列。

A-2-2.第二通路

如图7所示，在波导元件101中，第二通路6在与信号电极2a的长度方向交叉(优选为正交)的方向上设置于信号电极2a的两侧。以下，有时将使第一地电极2b与第一接地电极3电连接的第二通路设为第二通路6a，将使第二地电极2c与第一接地电极3电连接的第二通路设为第二通路6b来相互区別。第二通路6a与第一地电极2b以及第一接地电极3接触并且不与第二接地电极4接触。第二通路6b与第二地电极2c以及第一接地电极3接触并且不与第二接地电极4接触。另外，波导元件也可以仅具备第二通路6a、6b中的任意一方。

第二通路6代表性地为导电膜。第二通路6由导电性材料构成，代表性地由与第一通路5相同的金属(后述)构成。第二通路6的形状与其所配置的第二过孔9的形状对应。即，波导元件101具有与第二通路6对应的第二过孔9。

如图9所示，第二过孔9至少贯通无机材料基板1，并且不贯通支承基板20。第二过孔9代表性地从无机材料基板1的上方观察具有圆形状。在第二过孔具有圆形状的情况下，第二过孔的内径的范围例如与上述的第一过孔的内径的范围相同。

图示例的第二过孔9在无机材料基板1的厚度方向上直线地贯通无机材料基板1，并且不贯通第一接地电极3。在第二过孔9为圆形状且为直线的情况下，第二通路6具有沿无机材料基板1的厚度方向延伸的圆柱形状或圆筒形状。在该情况下，第二通路6的外径的范围与上述第二过孔的内径的范围相同。

如图11所示，第二过孔9也可以具有随着远离共面型电极2而前端变细的圆锥形状。图示例的第二过孔9贯通无机材料基板1以及第一接地电极3，其前端到达支承基板20。在第二过孔9为圆锥形状的情况下，第二通路6优选具有与第二过孔9相同的圆锥形状。在该情况下，第二通路6的最大外径处于上述第二过孔的内径的范围内。此外，第二通路6的顶点部(第二通路6中的与共面型电极2相反侧的端部)也可以到达支承基板20。

另外，在图示例中，地电极形成为堵塞第二过孔，但地电极的结构并不限定于此。地电极只要与第二通路导通即可，也可以不堵塞而开放第二过孔。

如图10～图13所示，第二通路6配置在沿给定方向排列的多个第一通路5中的彼此相邻的第一通路5之间。第二通路6代表性地位于彼此相邻的第一通路5之间的间隔的中央。

图示例的波导元件101具有多个第二通路6(多个第二通路6a以及多个第二通路6b)。图7～图12所示的第二通路6配置于在信号电极2a的长度方向上彼此相邻的第一通路5之间。图13所示的第二通路6配置于在与信号电极2a的长度方向交叉(优选为正交)的方向上彼此相邻的第一通路5之间。

此外，第二通路6只要位于彼此相邻的第一通路5之间，则能够配置于任意适当的位置。第二通路6也可以在多个第一通路排列的方向上，每隔n个第一通路5配置。n例如为1以上且5以下，优选为1或2。更优选为，第一通路5和第二通路6交替地配置。此外，多个第二通路6也可以如图10以及图11所示，其全部配置在彼此相邻的第一通路5之间，还可以如图12所示，只要至少一个配置在彼此相邻的第一通路5之间即可，也可以包含未配置于第一通路5之间的第二通路6。

如图11所示，彼此相邻的第一通路5与第二通路6的间距P2(彼此相邻的第一通路5与第二通路6的中心间的距离)实质上为间距P1(彼此相邻的第一通路5的中心间的距离)的1/2，例如为25μm以上，优选为60μm以上，例如为600μm以下，优选为400μm以下，更优选为200μm以下。

这样，通过将第二通路6配置于彼此相邻的第一通路5之间，能够使无机材料基板1中的第一通路5与第二通路6的间距P2比支承基板20中的第一通路5的间距P1小。因此，即使将无机材料基板薄厚度化，也能够充分确保无机材料基板的强度。

A-2-3.波导元件101的变形例

此外，如图14所示，波导元件101也可以具备第一通路5而不具备第二通路6。但是，如图14所示，若第一过孔8具有随着远离第一接地电极3而直径变大的锥形形状并且支承基板20的厚度比无机材料基板1大，则有时相比于与地电极接触的第一通路5的一个端部的外径，与第二接地电极4接触的第一通路5的另一端部的外径更大。在该情况下，若不设置第二通路6而将多个第一通路5的间距P设得如上述的间距P2那样窄，则第一通路5的另一端部彼此间有可能发生干扰。因此，波导元件101具备第一通路5以及第二通路6并且将第二通路6配置于彼此相邻的第一通路5之间，这能够抑制第一通路5彼此间的干扰，故而优选。

A-3.波导元件102的整体结构

图15是本发明的又一实施方式所涉及的波导元件的概略立体图；图16是图15的波导元件的XVI－XVI′剖视图；图17是图15的波导元件的分解立体图。

图示例的波导元件102除了具备上述的无机材料基板1、上述的共面型电极2、上述的第一接地电极3、上述的支承基板20以及上述的第二接地电极4以外，还具备多个基板贯通通路22。另外，虽未图示，但波导元件102也可以具备后述的接合部。

多个基板贯通通路22分别将第一接地电极3与第二接地电极4电连接。第一接地电极3和第二接地电极4以及多个基板贯通通路22构成能够传播电磁波的基板集成波导管(以下设为SIW。)。由此，能够在支承基板设置SIW，能够将支承基板有效地用作波导管。

在一个实施方式中，共面型电极2除了包含上述的信号电极2a、第一地电极2b以及第二地电极2c以外，还包含第三地电极2d。在本实施方式中，信号电极2a的一个端部位于相互空开间隔地配置的第一地电极2b与第二地电极2c之间。第一地电极2b以及第二地电极2c也可以能够与未图示的外部元件电连接。第三地电极2d相对于信号电极2a的另一端部空开给定间隔地配置。第三地电极2d从上方观察具有大致C字形状，包围信号电极2a的另一端部。共面型电极2也可以不具备第三地电极2d。

此外，波导元件102也可以还具备上述的通路6。由此，能够强化接地，能够抑制由周围的线路、元件引起的寄生电容。在图示例中，地电极2b、2c、2d分别通过多个通路6与第一接地电极3电连接。

多个基板贯通通路22分别在厚度方向上贯通支承基板20，在支承基板20中周期性地配置。代表性地，多个基板贯通通路22包含第一通路列22a和第二通路列22b。第一通路列22a以及第二通路列22b分别由在给定方向上相互空开间隔地排列的多个基板贯通通路22构成。第二通路列22b在与第一通路列22a延伸的方向正交的方向上，位于远离第一通路列22a的位置。在一个实施方式中，在支承基板20中，由第一接地电极3、第二接地电极4、第一通路列22a以及第二通路列22b包围的区域作为SIW而发挥功能。在图示例中，空洞(低介电常数部)50在第一通路列22a延伸的方向上与SIW排列。

如图16所示，基板贯通通路22由导体材料构成，代表性地由与共面型电极2相同的金属(后述)构成。基板贯通通路22配置于基板过孔24内。即，波导元件103与多个基板贯通通路22对应地具有多个基板过孔24。在图示例中，基板过孔24将第一接地电极3、支承基板20以及第二接地电极4一并贯通。基板贯通通路22代表性地为形成于基板过孔24的整个内表面的导电膜。另外，基板过孔24也可以不贯通第一接地电极以及第二接地电极而仅贯通支承基板。在该情况下，基板贯通通路以与第一接地电极以及第二接地电极接触的方式填充于第二过孔。此外，在使第一接地电极3与第二接地电极4导通的基板贯通通路22由导电膜形成的情况下，其内部也可以由树脂等材料填充。

在波导元件102中，信号电极2a构成的传输线路与SIW可以相互独立，也可以以能够传播电磁波的方式耦合。在一个实施方式中，共面型电极2构成的传输线路(共面型传输线路)与SIW通过导体销25耦合。由此，能够将电磁波的传播模式变换为传输线路模式和波导管模式。例如，能够将在无机材料基板中传播的传输线路模式的电磁波(信号)经由导体销变换为在支承基板中传播的波导管模式的电磁波。支承基板能够作为将以波导管模式传播的电磁波向基板面内方向空间辐射的天线而发挥功能。

导体销25从信号电极2a贯通无机材料基板1而到达支承基板20中的SIW。导体销25能够成为电磁波的传播介质。导体销25由导体材料构成，代表性地由与共面型电极2相同的金属(后述)构成。在图示例中，导体销25在无机材料基板1的厚度方向上延伸。导体销25可以为圆柱形状等柱形状，也可以为圆筒形状等筒形状(中空形状)。导体销25的基端部与信号电极2a的端部连接。导体销25的自由端部***到形成于支承基板20的***孔26(参照图17)。***孔26位于第一通路列22a与第二通路列22b之间，与凹部21并排。导体销25中的基端部与自由端部之间的部分插通于第一接地电极3具有的开口部31。

导体销25优选与第一接地电极3绝缘。在一个实施方式中，如图17所示，开口部31在导体销25的周围形成空气层。开口部31比导体销25的外形大，开口部31的周缘部的整体从导体销25离开。由此，能够使导体销与第一接地电极绝缘，进而，能够使信号电极与第一接地电极稳定地绝缘。此外，能够进一步抑制电场向支承基板的泄露所引起的基板谐振。进而，与在空气层填充有树脂的结构相比，能够抑制介电损耗的影响。

另外，如图18所示，也可以用绝缘材料15覆盖导体销25的周围。由此，也能够使导体销与第一接地电极绝缘。作为绝缘材料，例如可举出树脂、SiO₂。

A-4.波导元件103的整体结构

图19是本发明的又一实施方式所涉及的波导元件的概略立体图。另外，在图19中，为了方便而省略了地电极以及通路。

波导元件103具备位于相互分离的位置的多个信号电极。因此，波导元件103具备多个与信号电极对应的传输线路。更具体而言，波导元件103具备包含第一信号电极2a以及第二信号电极2e的共面型电极2、和未图示的第一导体销以及第二导体销。此外，波导元件103具有第一空洞(第一低介电常数部)50以及第二空洞(第二低介电常数部)51。第一空洞50以在无机材料基板1的厚度方向上与第一信号电极2a的至少一部分重叠的方式配置。第二空洞51以在无机材料基板1的厚度方向上与第二信号电极2e的至少一部分重叠的方式配置。

第一信号电极2a与未图示的地电极一起构成第一传输线路，第二信号电极2e与未图示的地电极一起构成第二传输线路。第一导体销将由第一接地电极3、第二接地电极4以及多个基板贯通通路22构成的SIW与第一传输线路耦合。第二导体销将由第一接地电极3、第二接地电极4以及多个基板贯通通路22构成的SIW与第二传输线路耦合。

由此，在一个实施方式中，能够将在无机材料基板中传播的传输线路模式的电磁波(信号)经由第一导体销变换为SIW模式后，以SIW模式在支承基板中传播，接着，经由第二导体销再次变换为在无机材料基板中传播的传输线路模式。在本实施方式中，在无机材料基板中传播的电磁波能够从设置于无机材料基板的天线元件放出。

上述的各波导元件具备一个支承基板20，但支承基板20的个数并无特别限制。虽未图示，但在波导元件中，也可以构成为支承基板在无机材料基板的厚度方向上相互空开间隔地配置有多个，在多个支承基板分别设置有基板集成波导管(SIW)。根据这样的结构，能够使以SIW模式辐射电磁波的天线部分在厚度方向上阵列化。因此，这样的波导元件能够在无线通信中用作相控阵天线。

此外，在波导元件具备多个支承基板的情况下，也可以在多个支承基板中的彼此相邻的支承基之间，配置第二接地电极。由此，设置于各支承基板的SIW由配置于该支承基板的两侧的金属层(即第一接地电极以及第二接地电极或2个第二接地电极)和贯通该支承基板的多个基板贯通通路构成。

此外，在波导元件中，也可以构成为包含SIW的波导管单元在无机材料基板的厚度方向上相互空开间隔地配置有多个。多个波导管单元分别具备第一接地电极、支承基板、第二接地电极以及多个基板贯通通路。

此外，也可以在多个支承基板中的彼此相邻的支承基板之间设置间隔基板。间隔基板可以配置在彼此相邻的波导管单元之间。通过设置间隔基板，能够调整多个支承基板中的天线部分的间隔。特别是，若将多个天线部分的间隔调整为λ/2，则能够充分地扫描电磁波的辐射角。作为间隔基板的材料，代表性地可举出与无机材料基板相同的树脂材料(后述)。

此外，具备多个SIW的波导元件优选具备与SIW相同数量的信号电极以及导体销。各导体销将各信号电极构成的传输路径与对应的SIW耦合。根据这样的结构，能够比较容易地制作，并且能够容易地将来自设置在无机材料基板上的外部信号源的信号(电磁波)在各支承基板的SIW中传播。

在本说明书中“波导元件”包含形成有至少一个波导元件的晶片(波导元件晶片)以及将该波导元件晶片切断而得到的芯片双方。

B.无机材料基板

无机材料基板1具有设置共面型电极2的上表面、以及位于复合基板内的下表面。

无机材料基板1由无机材料构成。作为无机材料，只要能获得本发明的实施方式的效果，则可以使用任意适当的材料。作为这样的材料，代表性地可举出单晶石英(相对介电常数4.5、介质损耗角正切0.0013)、非晶石英(石英玻璃、相对介电常数3.8、介质损耗角正切0.0010)、尖晶石(相对介电常数8.3、介质损耗角正切0.0020)、AlN(相对介电常数8.5、介质损耗角正切0.0015)、蓝宝石(相对介电常数9.4、介质损耗角正切0.0030)、SiC(相对介电常数9.8、介质损耗角正切0.0022)、氧化镁(相对介电常数10.0、介质损耗角正切0.0012)、以及硅(相对介电常数11.7、介质损耗角正切0.0016)(括号内的相对介电常数和介质损耗角正切表示频率300GHz下的数值。)。无机材料基板1优选为由非晶石英构成的石英玻璃基板。

若无机材料基板1为石英玻璃基板，则即使在对上述的高频的电磁波进行导波的情况下，也能够稳定地抑制传播损耗增大。而且与树脂系的基板相比介电常数较大，因此能够减小基板尺寸，此外，在无机材料中介电常数比较小，因此在低延迟化方面有利。

此外，石英玻璃具有如下特征：介电损耗(tanδ)小，而且，与树脂系基板不同，不进行粗糙化、表面处理就能够形成用于形成线路的导体层(金属层)。因此，能够进一步降低传播损耗。

C.共面型电极以及接地电极

共面型电极2代表性地设置于无机材料基板1的上表面，与无机材料基板1直接接触。共面型电极2代表性地由金属构成。作为金属，例如可举出铬(Cr)、镍(Ni)、铜(Cu)、金(Au)。金属能够单独使用或组合使用。共面型电极2可以是单一层，也可以将2层以上层叠而形成。共面型电极2例如通过溅射等公知的成膜方法(此外为蒸镀、印刷)而形成于无机材料基板1上。

共面型电极2的厚度例如为1μm以上，优选为4μm以上，例如为20μm以下，优选为10μm以下。

第一接地电极3设置于支承基板20的上表面。第一接地电极3能够由与共面型电极2相同的金属构成。此外，第一接地电极3的金属可以与共面型电极2的金属相同，也可以与导体层2的金属不同。第一接地电极3的厚度的范围与共面型电极2的厚度的范围相同。第一接地电极3例如通过溅射或镀敷形成在支承基板20的表面上。

第二接地电极4例如通过溅射或镀敷形成在支承基板20的与第一接地电极3相反侧的表面上。第二接地电极4能够由共面型电极2相同的金属构成。此外，第二接地电极4的金属可以与共面型电极2的金属相同，也可以与共面型电极2的金属不同。第二接地电极4的厚度的范围与共面型电极2的厚度的范围相同。第二接地电极4也可以不必形成于支承基板20的与第一接地电极相反侧的整个表面。

D.支承基板

支承基板20具有位于复合基板内的上表面、以及露出于外部的下表面。在支承基板20的上表面，也可以形成有上述的凹部21。支承基板20是为了提高复合基板的强度而设置的，由此，能够将无机材料基板的厚度设得如上述那样薄。作为支承基板20，能够采用任意适当的结构。作为构成支承基板20的材料的具体例，可举出磷化铟(InP)、硅(Si)、玻璃、硅铝氧氮陶瓷(Si₃N₄-Al₂O₃)、莫来石(3Al₂O₃·2SiO₂、2Al₂O₃·3SiO₂)、氮化铝(AlN)、氧化镁(MgO)、氧化铝(Al₂O₃)、尖晶石(MgAl₂O₄)、蓝宝石、石英、晶体、氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)、氮化硅(Si₃N₄)、氧化镓(Ga₂O₃)。

支承基板20优选由从磷化铟、硅、氮化铝、碳化硅以及氮化硅所构成的组中选择的至少一种构成，更优选由硅构成。

在波导元件100安装振荡器、接收器等有源元件的情况下，无机材料基板加热，其他的有源元件、安装部件的特性有可能劣化。为了防止该情况，支承基板能够使用热传导率高的材料。在该情况下，热传导率优选为150W/Km以上，在该观点下，支承基板20可举出硅(Si)、氮化铝(AlN)、氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)、氮化硅(Si₃N₄)。

此外，在支承基板20形成SIW的情况下，为了降低在SIW中传播的电磁波的损耗，优选介电损耗tanδ小的材料。在该情况下，支承基板的材料优选从单晶石英、非晶石英、尖晶石、AlN、蓝宝石、氧化铝、SiC、氧化镁或硅中选择。

在这样的支承基板的材料中，更优选可举出硅。

若将支承基板20的相对介电常数设为ε_b，将在波导元件中导波的电磁波的波长设为λ，则支承基板20的厚度例如为以上，优选为λ/2/>以上，例如为/>以下，优选为/>以下，更优选为/>以下。若支承基板的厚度为上述下限以上，则能够稳定地实现波导元件的机械强度的提高。若支承基板的厚度为上述上限以下，则能够实现平板模式传播的抑制、波导元件的薄型化(波导元件的机械强度保持)、以及基板谐振的抑制。

在支承基板在无机材料基板的厚度方向上相互空开间隔地配置有多个的情况下，如果用作相控阵天线，则期望彼此相邻的支承基板的间隔为适于天线间距的λ/2左右。在支承基板的厚度小于所述间隔的情况下，通过在相邻的支承基板之间设置间隔基板，能够确保适当的天线间距。

另外，构成支承基板20的材料的线膨胀系数越接近构成无机材料基板1的材料的线膨胀系数越优选。若为这样的结构，则能够抑制复合基板的热变形(代表性地为翘曲)。优选的是，构成支承基板20的材料的线膨胀系数相对于构成无机材料基板1的材料的线膨胀系数处于50％～150％的范围内。

支承基板20代表性地通过与波导构件10直接接合来支承波导构件10。在一个实施方式中，无机材料基板1与支承基板20直接接合。在本说明书中所谓“直接接合”，是指不经由粘接剂(例如树脂等有机系粘接剂)而将2个层或基板接合。直接接合的方式可以根据相互接合的层或基板的结构适当设定。进而，通过直接接合而接合的界面代表性地进行非晶化。因此，与使用有机系粘接剂的树脂粘接(树脂接合)相比，能够飞跃性地减小接合界面的热阻。由此，在波导元件上安装有源元件(例如振荡器、接收器等)的情况下，即使由有源元件产生的热传递到无机材料基板，也能够将这样的热从无机材料基板经由支承基板向封装件顺畅地释放。其结果，能够抑制无机材料基板被加热，能够抑制与无机材料基板连接的其他构件(例如其他的有源元件、安装部件)的特性劣化。直接接合的方式也可以包含经由上述的接地电极3以及/或者后述的接合部60的支承基板与无机材料基板的接合。

进而，通过直接接合将它们一体化，由此能够良好地抑制波导元件中的剥离，作为结果，能够良好地抑制因这样的剥离引起的无机材料基板的损伤(例如裂缝)。

如图20所示，波导元件100也可以还具备接合部60，该接合部60设置在波导构件11与支承基板20之间，将波导构件11与支承基板20接合。在支承基板20具有凹部21的情况下，接合部60代表性地设置在波导构件11与支承基板20的凹部21以外的部分之间。在本实施方式中，在无机材料基板1与支承基板20之间，仅设置有接合部60。由此，无机材料基板1与支承基板20仅经由接合部60直接接合。

在图1以及图2所示的波导元件100中，接合部60也可以位于无机材料基板1与位于支承基板20的凹部21以外的部分的接地电极3之间，并将它们一体化。如图21所示，接地电极3形成在支承基板20的无机材料基板侧的表面上，与支承基板20直接接触。在本实施方式中，接合部60位于无机材料基板1与接地电极3之间，将无机材料基板1与接地电极3接合。在图示例中，在无机材料基板1与支承基板20之间，设置有接地电极3以及接合部60。由此，无机材料基板1和支承基板20经由接地电极3以及接合部60直接接合。

此外，如图2所示，接地电极3也可以与无机材料基板1以及支承基板20的凹部21以外的部分直接接触，作为将无机材料基板1与支承基板20接合的接合部而发挥功能。在本实施方式中，在无机材料基板1与支承基板20之间，仅设置有接地电极3。由此，无机材料基板1和支承基板20经由接地电极3直接接合。另外，在接地电极3作为接合部而发挥功能的情况下，也可以在无机材料基板1以及支承基板20双方形成金属层，将这些金属层直接接合而形成接地电极3。在该情况下，接合界面形成于接地电极的内部。

此外，在图4以及图5所示的波导元件100中，接合部可以位于低介电常数部51与无机材料基板1之间，也可以位于低介电常数部51与接地电极3之间，还可以将它们一体化。

如上所述，优选在共面型电极2与支承基板20之间不存在与接合相关的粘接剂等有机材料。由此，能够减小无机材料基板1与支承基板20的界面处的热阻，能够抑制有源元件、安装部件的特性劣化。但是，在低介电常数部由低介电常数聚合物等有机材料构成的情况下，也可以在共面型电极2与支承基板20之间配置有作为低介电常数部的有机材料。不存在低介电常数部以外的有机材料(粘接剂等)的结构可通过将无机材料基板1与支承基板20(可以在无机材料基板1和支承基板20中的任意一方或双方形成接地电极，也可以不形成接地电极。)直接接合而得到。

接合部可以为1层，也可以层叠2层以上。接合部代表性地由无机材料构成。作为形成接合部的接合层，例如可举出SiO₂、非晶硅、氧化钽。接合部可以是选自金(Au)、钛(Ti)、铂(Pt)、铬(Cr)、铜(Cu)、锡(Sn)或它们的组合(合金)中的金属膜。若接合部为金属膜，则能够稳定地确保与由金属构成的接地电极的密接性，能够抑制迁移。在这些接合部中，优选可举出非晶硅层。接合部的厚度例如为0.001μm以上且10μm以下，优选为0.1μm以上且3μm以下。

接合层优选仅形成于接合部，但若为上述的厚度的范围，则由于对电磁波的传播造成的影响小，因此也可以形成于凹部。

直接接合例如可以通过以下的步骤来实现。在高真空腔室内(例如1×10^－6Pa左右)，对接合的构成要素(层或基板)各自的接合面照射中性化射束。由此，各接合面被活化。接着，在真空气氛下，使活化的接合面彼此接触，在常温下进行接合。该接合时的载荷例如可以为100N～20000N。在一个实施方式中，在进行基于中性化射束的表面活化时，向腔室导入不活泼气体，从直流电源向配置于腔室内的电极施加高电压。根据这样的结构，通过在电极(正极)与腔室(负极)之间产生的电场，电子运动，从而生成基于不活泼气体的原子与离子的射束。在到达了栅格的射束中，离子束在栅格被中和，因此从高速原子束源射出中性原子的射束。构成射束的原子种优选为不活泼气体元素(例如氩(Ar)、氮(N))。基于射束照射的活化时的电压例如为0.5kV～2.0kV，电流例如为50mA～200mA。另外，直接接合的方法并不限定于这些，也可以应用利用FAB(Fast Atom Beam：快速原子束)或离子枪的表面活化法、原子扩散法、等离子体接合法等。

实施例

以下，通过实施例对本发明具体进行说明，但本发明并不限定于这些实施例。

＜实施例1以及2＞

1-1.波导元件(带接地共面线路)的制作

制作了图1以及图2所示的波导元件。

准备厚度525μm的硅晶片(支承基板)。在硅晶片中，在后述的共面型电极的信号电极的正下方，以使与信号电极的宽度+空隙部间隙g×20相当的区域露出的方式在硅晶片的上表面对抗蚀剂膜进行图案化。之后，通过反应性离子蚀刻，对从抗蚀剂膜露出的硅晶片的部分进行干蚀刻而形成凹部(中空结构)。凹部的蚀刻的深度为表1所示的值(低介电常数部的厚度)。由此，准备了具有凹部的硅晶片(支承基板)。

之后，在形成有凹部的硅晶片上，通过溅射对Cr膜50nm厚、Ni膜100nm厚进行成膜而形成基底电极。进而，在基底电极上通过电镀使铜成膜，形成接地电极。接着，在接地电极上通过溅射形成0.2μm的非晶硅膜。成膜后，对非晶硅膜进行研磨，进行平坦化处理。在此，使用原子力显微镜，测定非晶硅膜的表面的□10μm(10μm见方的区域；以下相同)的算数平均粗糙度，结果为0.2nm。

此外，准备0.5mm厚度的石英玻璃晶片(石英玻璃基板、无机材料基板)，在石英玻璃晶片上通过溅射形成0.2μm的非晶硅膜。成膜后，在非晶硅膜面涂敷抗蚀剂，通过光刻对与所述硅晶片的凹部(非接合部)对应的部分进行曝光、显影(蚀刻)而形成抗蚀剂掩模。之后，通过干蚀刻除去非晶硅。接着，对非晶硅膜进行研磨，进行平坦化处理。在此，使用原子力显微镜对非晶硅膜的表面的□10μm的算数平均粗糙度进行测定，结果为0.2nm。

将石英玻璃晶片上的非晶硅面与接地电极上的非晶硅面如下进行接合。首先，将石英玻璃晶片和硅晶片投入到真空腔室中，在10^－6Pa左右的真空中，对两者的接合面(石英玻璃晶片的非晶硅面与接地电极上的非晶硅面)照射70秒钟的高速Ar中性原子束(加速电压1kV、Ar流量60sccm)。照射后，放置10分钟以将石英玻璃晶片以及硅晶片放冷后，使石英玻璃晶片与硅晶片的接合面(石英玻璃晶片与硅晶片的表面射束照射面)接触，以4.90kN加压2分钟而使石英玻璃晶片与硅晶片接合。即，使石英玻璃晶片与硅晶片经由非晶硅层(接合部)直接接合。接合后，进行研磨加工直至石英玻璃晶片的厚度成为表1所示的值，形成复合晶片。在所得到的石英玻璃/接地电极/硅复合基板中，在接合界面未观察到剥落等不良。

接着，在石英玻璃晶片的与硅晶片相反侧的表面(研磨面)涂敷抗蚀剂，通过光刻，以使形成共面型电极图案的部分露出的方式进行图案化。之后，在从抗蚀剂露出的石英玻璃晶片的上表面，通过溅射对Cr膜50nm厚、Ni膜100nm厚进行成膜而形成基底电极。进而，在基底电极上通过电镀使铜成膜，形成共面型电极图案。信号电极的波导方向的长度为10mm。信号电极与地电极之间的间隙g为13μm。

最后，使用缓冲氢氟酸(BHF)，对硅晶片的凹部(中空结构)中的非晶硅层进行湿蚀刻而除去。

通过以上，得到具备包含共面型电极、无机材料基板以及接地电极的波导构件、以及具有凹部的支承基板的波导元件。

1-2.传播损耗的计算

为了测定波导元件的传播损耗，与上述同样地，制作了信号电极的长度为30mm、40mm以及50mm的3个波导元件。

接着，在波导构件的输入侧通过探针耦合RF信号发生器，在波导构件的输出侧设置探针，将电磁波耦合到RF信号接收器。

接着，对RF信号发生器施加电压，使RF信号发生器发送表1所示的频率的电磁波。由此，电磁波在共面线路(波导构件)中传播。RF信号接收器测定从共面线路输出的电磁波的RF功率。根据信号电极的长度不同的3个波导元件的测定结果，计算出传播损耗(dB/cm)，按照下述的基准进行评价。在表1中示出其结果。

◎(优)：小于0.5dB/cm

〇(良)：0.5dB/cm以上且小于1dB/cm

△(合格)：1dB/cm以上且小于2dB/cm

×(不合格)：2dB/cm以上

＜实施例3以及4＞

2-1.波导元件(共面线路)的制作

制作了图3所示的波导元件。

与实施例1同样地，准备具有凹部的硅晶片(支承基板)。但是，在形成有凹部的硅晶片上未形成接地电极。使用原子力显微镜，测定硅晶片的表面的□10μm的表面的算数平均粗糙度，结果为0.2nm。

此外，准备0.5mm厚度的石英玻璃晶片(石英玻璃基板、无机材料基板)，与实施例1同样地，在石英玻璃晶片上形成进行了图案化的非晶硅膜。形成后，对非晶硅膜进行研磨，进行平坦化处理。在此，使用原子力显微镜，测定非晶硅膜的表面的□10μm的算数平均粗糙度，结果为0.2nm。

之后，将石英玻璃晶片上的非晶硅面与硅晶片直接接合。直接接合与实施例1同样地实施。在所得到的石英玻璃/硅复合基板中，在接合界面未观察到剥落等不良。

接着，对石英玻璃晶片进行研磨，使厚度成为表1所示的值。

接着，与实施例1同样地，在石英玻璃晶片的与硅晶片相反侧的表面(研磨面)，形成共面型电极图案。信号电极的波导方向的长度为10mm。信号电极与地电极之间的间隙g为13μm。

通过以上，得到具备包含共面型电极以及无机材料基板的波导构件、以及具有凹部的支承基板的波导元件。

2-2.传播损耗的计算

此外，为了测定波导元件的传播损耗，与上述同样地，制作了信号电极的长度为30mm、40mm以及50mm的3个波导元件。接着，与实施例1同样地，在波导构件的输入侧通过探针耦合RF信号发生器，在波导构件的输出侧设置探针，将电磁波耦合到RF信号接收器，通过RF信号接收器来测定从共面波导输出的电磁波的RF功率。与实施例1同样地对实施例3以及4的波导元件的传播损耗进行评价。在表1中示出其结果。

＜实施例5＞

准备厚度525μm的硅晶片(支承基板)和0.5mm厚度的石英玻璃晶片(石英玻璃基板、无机材料基板)，得到具备波导构件、聚合物层、接地电极、以及具有凹部的支承基板的波导元件，该波导构件具备共面型电极、无机材料基板。

首先，对于硅晶片，与实施例1同样地，准备具有凹部和接地电极的硅晶片(支承基板)。

接着，对相对介电常数2.3的TEFLON(注册商标)系聚合物树脂进行旋涂，并使其固化而在支承基板的凹部内形成聚合物层。之后，进行凹部外的聚合物除去和用于支承基板上的聚合物层的平坦化的CMP研磨。CMP研磨后，通过溅射对非晶硅膜成膜。成膜后，在非晶硅膜面涂敷抗蚀剂，通过光刻对与凹部对应的部分进行曝光、显影(蚀刻)而形成抗蚀剂掩模。之后，通过干蚀刻而除去非晶硅。接着，对非晶硅膜进行研磨，进行平坦化处理。在此，使用原子力显微镜，测定非晶硅膜的表面的□10μm的算数平均粗糙度，结果为0.2nm。

此外，对于石英玻璃晶片，在晶片上通过溅射形成0.2μm的非晶硅膜。成膜后，在非晶硅膜面涂敷抗蚀剂，通过光刻对与所述硅晶片的凹部(非接合部)对应的部分进行曝光、蚀刻，形成抗蚀剂掩模。之后，通过干蚀刻而除去非晶硅。

之后，使石英玻璃晶片上的非晶硅面与硅晶片直接接合。直接接合与实施例1同样地实施。在所得到的石英玻璃/硅复合基板中，在接合界面未观察到剥落等不良。

接着，对石英玻璃晶片进行研磨，使厚度成为表1所示的值。

接着，与实施例1同样地，在石英玻璃晶片的与硅晶片相反侧的表面(研磨面)形成共面型电极图案。信号电极的波导方向的长度为10mm。信号电极与地电极之间的间隙g为13μm。

通过以上，得到具备波导构件、聚合物层、接地电极、以及具有凹部的支承基板的波导元件，该波导构件具备共面型电极以及无机材料基板。

对于所得到的波导元件，与实施例1同样地对传播损耗进行计算以及评价。在表1中示出其结果。

＜实施例6＞

除了变更凹部的蚀刻的深度，使空洞的厚度变更为表1所示的值以外，与实施例1同样地制作了波导元件。

＜实施例7＞

除了将作为无机材料基板的石英玻璃晶片变更为单晶硅晶片、以及变更凹部的蚀刻的深度而将空洞的厚度变更为表1所示的值以外，与实施例1同样地制作了波导元件。

＜实施例8＞

除了将作为无机材料基板的石英玻璃晶片变更为蓝宝石晶片、以及变更凹部的蚀刻的深度而将空洞的厚度变更为表1所示的值以外，与实施例1同样地制作了波导元件。

＜实施例9＞

除了将作为无机材料基板的石英玻璃晶片变更为多晶AlN晶片、以及变更凹部的蚀刻的深度而将空洞的厚度变更为表1所示的值以外，与实施例1同样地制作了波导元件。

＜实施例10＞

制作了图4以及图5所示的波导元件。

准备厚度525μm的硅晶片(支承基板)和0.5mm厚度的石英玻璃晶片(石英玻璃基板、无机材料基板)，得到具备波导构件、聚合物层、接地电极、以及不具有凹部的支承基板的波导元件，该波导构件具备共面型电极、无机材料基板。

首先，准备厚度525μm的硅晶片(支承基板)。之后，在硅晶片上，通过溅射对Cr膜50nm厚、Ni膜100nm厚进行成膜而形成基底电极。进而，在基底电极上通过电镀使铜成膜，形成接地电极。

接着，粘接相对介电常数2.3的热固化型TEFLON(注册商标)薄膜，并使其固化而在接地电极上形成厚度100μm的聚合物层。进而通过溅射对非晶硅膜进行成膜。成膜后，在非晶硅膜面涂敷抗蚀剂，通过光刻对共面型电极的正下方的与信号电极的宽度+空隙部间隙g×20相当的区域进行曝光、显影(蚀刻)而形成抗蚀剂掩模。之后，通过干蚀刻而除去非晶硅。接着，对非晶硅膜进行研磨，进行平坦化处理。在此，使用原子力显微镜，测定非晶硅膜的表面的□10μm的算数平均粗糙度，结果为0.2nm。

此外，对于石英玻璃晶片，在晶片上通过溅射形成0.2μm的非晶硅膜。成膜后，在非晶硅膜面涂敷抗蚀剂，通过光刻对共面型电极的正下方的与信号电极的宽度+空隙部间隙g×20相当的区域进行曝光、蚀刻而形成抗蚀剂掩模。之后，通过干蚀刻而除去非晶硅。对非晶硅膜进行研磨，进行平坦化处理。在此，使用原子力显微镜，测定非晶硅膜的表面的□10μm的算数平均粗糙度，结果为0.2nm。

之后，使石英玻璃晶片上的非晶硅面与聚合物层上的非晶硅面直接接合。直接接合与实施例1同样地实施。在所得到的石英玻璃/硅复合基板中，在接合界面未观察到剥落等不良。

接着，对石英玻璃晶片进行研磨，使厚度成为表1所示的值。

通过以上，得到具备波导构件、聚合物层、接地电极、以及不具有凹部的支承基板的波导元件，该波导构件具备共面型电极、无机材料基板。

关于所得到的波导元件，与实施例1同样地对传播损耗进行计算以及评价。在表1中示出其结果。

＜实施例11＞

除了将研磨后的石英玻璃晶片(石英玻璃基板、无机材料基板)的厚度变更为10μm以外，与实施例1同样地得到了波导元件。对于所得到的波导元件，与实施例1同样地对传播损耗进行计算以及评价。在表1中示出其结果。

＜比较例1以及2＞

除了在硅晶片(支承基板)未形成凹部、以及将研磨后的石英玻璃晶片的厚度变更为表1所示的值以外，与实施例1同样地制作了波导元件。

[表1]

由表1可知，通过在无机材料基板的下部设置具有比无机材料基板的介电常数小的介电常数的低介电常数部(特别是空洞)，在超过30GHz的高频的区域中在较宽频率范围内传播损耗小，能够确保优异的低传播损耗性能。

产业上的可利用性

本发明的实施方式的波导元件可以用于波导、下一代高速通信、传感器、激光加工、太阳光发电等广泛的领域，特别是能够适用作毫米波～太赫兹波的波导。这样的波导元件例如能够用于天线、带通滤波器、耦合器、延迟线(相位器)或隔离器。

符号说明

1：无机材料基板

2：共面型电极

3：接地电极

10：波导构件

100：波导元件。

Claims

1.一种波导元件，其具备：

波导构件，其具备无机材料基板、以及设置于所述无机材料基板的上部的共面型电极，能够对频率为30GHz以上且20THz以下的电磁波进行导波；

支承基板，其设置于所述无机材料基板的下部，对所述波导构件进行支承；以及

低介电常数部，其设置于所述无机材料基板的下部，具有比所述无机材料基板的介电常数小的介电常数。

2.根据权利要求1所述的波导元件，其中，

所述无机材料基板的厚度t满足下述式(1)，

[数式1]

式中，t表示无机材料基板的厚度，λ表示在波导构件中导波的电磁波的波长，ε表示无机材料基板的相对介电常数，a表示2的数值。

3.根据权利要求1或2所述的波导元件，其中，

所述支承基板具有凹部，

由所述无机材料基板的下表面和所述支承基板的凹部规定空洞，

所述空洞作为所述低介电常数部而发挥功能。

4.根据权利要求3所述的波导元件，其中，

所述共面型电极具备：

信号电极，其沿给定方向延伸；以及

地电极，其在与所述给定方向交叉的方向上位于相对于所述信号电极空开间隔的位置，

在将与所述给定方向交叉的方向上的所述信号电极与所述地电极之间的间隙的尺寸设为g的情况下，所述无机材料基板的厚度方向上的空洞的尺寸为g以上。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的波导元件，其中，

所述波导元件具备位于所述无机材料基板与所述支承基板之间的接地电极。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的波导元件，其中，

所述无机材料基板的300GHz下的相对介电常数ε为3.5以上且12以下，所述无机材料基板的300GHz下的介质损耗角正切tanδ为0.003以下。

7.根据权利要求6所述的波导元件，其中，

所述无机材料基板为石英玻璃基板。