DE112022001942T5

DE112022001942T5 - Leiterplatte für Hochfrequenzvorrichtungen und eine Hochfrequenzvorrichtung

Info

Publication number: DE112022001942T5
Application number: DE112022001942.5T
Authority: DE
Inventors: Takeyuki Kato; Yutaka Kuroiwa; Nobuo Inuzuka; Hirofumi Yamamoto
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2021-06-03
Filing date: 2022-05-25
Publication date: 2024-03-14
Also published as: US20240098891A1; CN117413622A; JPWO2022255194A1; TW202248670A; WO2022255194A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leiterplatte für Hochfrequenzvorrichtungen, wobei die Leiterplatte ein Glassubstrat umfasst, das einen dielektrischen Verlusttangens von 0,0090 oder weniger bei 20°C und 10 GHz aufweist und in dem sich Kristalle ausscheiden und die Kristalle durch Ätzen geschnitten werden können.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leiterplatte für eine Hochfrequenzvorrichtung und eine Hochfrequenzvorrichtung und insbesondere eine Leiterplatte für eine Hochfrequenzvorrichtung, die ein Glassubstrat enthält, und eine Hochfrequenzvorrichtung, die dasselbe enthält.
TECHNISCHER HINTERGRUND
In den letzten Jahren hat die drahtlose Übertragung über ein Hochfrequenzband, wie ein Mikrowellenband oder ein Millimeterwellenband, als Übertragungstechnik mit großer Kapazität Aufmerksamkeit erregt. Obwohl eine Hochfrequenzvorrichtung für die drahtlose Übertragung in einem Hochfrequenzband verwendet wird, muss eine in der Vorrichtung verwendete Leiterplatte die Übertragungsverluste aufgrund von dielektrischen Verlusten, Leitungsverlusten und dergleichen vermindern, um Eigenschaften wie Qualität und Stärke eines Hochfrequenzsignals zu gewährleisten.
Im Stand der Technik wird eine Übertragungsleitung wie eine Mikrostreifenleitung für die Verdrahtung bzw. die Leiterbahnen auf einer Leiterplatte verwendet, aber im Grunde wird keine spezielle Verarbeitung auf ein Dielektrikum angewandt, das die Leiterplatte bildet. Es wird jedoch erwartet, dass für das Dielektrikum eine 3D-Struktur erforderlich ist, um in Zukunft mit weiter steigenden Hochfrequenzen und fortschrittlichen Techniken fertig zu werden.
Zum Beispiel wird in einem substratintegrierten Wellenleiter (SIW), in dem ein Wellenleiter durch einen Bohrvorgang gebildet wird, oder in einer passiven Vorrichtung eine Hochfrequenzvorrichtung, die ein 3D-verarbeitetes Substrat erfordert, wie ein Durchgangsloch, eine ausgehöhlte Struktur und eine hohle Struktur, in der Zukunft unter den Gesichtspunkten der Miniaturisierung, der Verbesserung der Hochfrequenzleistung, der Verbesserung der Wärmeableitung und anderer verschiedener Aspekte benötigt.
In der Patentliteratur 1 wird ein Beispiel für einen substratintegrierten Wellenleiter (SIW) offenbart. In dieser Literatur werden Keramiken (Glaskeramik, Aluminiumoxidkeramik, Aluminiumnitridkeramik und dergleichen) und Harzmaterialien (Flüssigkristallpolymer, Fluorharz, FR4 und dergleichen) als dielektrische Schichten von SIW beschrieben.
ZITATENLISTE
PATENTLITERATUR
[Patentliteratur 1] WO2010/114079
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHES PROBLEM
Im relevanten Stand der Technik wurde als Substratmaterial einer 3D-Vorrichtung für Hochfrequenz ein Harzsubstrat, wie ein Harz auf Fluorbasis (PTFE) oder ein flüssigkristallines Polymer (LCP), oder ein Keramiksubstrat, wie ein bei niedriger Temperatur gebranntes laminiertes Keramiksubstrat (LTCC), verwendet.
Das Harz auf Fluorbasis wie PTFE weist jedoch das Problem einer relativ schlechten Verarbeitbarkeit auf. Da LCP eine schlechte Wärmebeständigkeit und eine hohe Thermoplastizität aufweist, ist es wahrscheinlich, dass bei der Hochtemperaturbehandlung während der Herstellung des Substrats Defekte auftreten, und es bleiben Probleme in Bezug auf die Kosten sowie die Ausbeute bei einem Formgebungsvorgang. Da sich keramische Substrate wie LTCC schlecht verformen lassen, ist es zudem schwierig, ein Substrat zu formen. Daher gibt es ein Problem bei der Verwendung eines der vorstehend genannten Materialien als Substratmaterial für eine 3D-Vorrichtung für Hochfrequenzen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Leiterplatte für eine Hochfrequenzvorrichtung mit hervorragenden Verarbeitungseigenschaften und geringem Verlust bereitzustellen.
LÖSUNG DES PROBLEMS
Als Ergebnis von Untersuchungen zur Lösung der vorstehend genannten Probleme haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung festgestellt, dass die vorstehend genannten Probleme durch die folgende Konfiguration gelöst werden können.
[1] Eine Leiterplatte für eine Hochfrequenzvorrichtung, enthaltend: ein Glassubstrat, in dem ein Kristall ausgeschieden ist und durch Ätzen geschnitten werden kann, und das einen dielektrischen Verlusttangens bei 20°C und 10 GHz von 0,0090 oder weniger aufweist.
[2] Die Leiterplatte nach Punkt [1], wobei ein Signal mit einer Frequenz von 1 GHz bis 100 GHz übertragen wird.
[3] Die Leiterplatte nach Punkten [1] oder [2], wobei das Glassubstrat mindestens eine stereoskopische Struktur von einem Durchgangsloch, einer ausgehöhlten Struktur und einer hohlen Struktur aufweist.
[4] Die Leiterplatte nach einem der Punkte [1] bis [3], weiterhin enthaltend: eine Übertragungsleitung.
[5] Die Leiterplatte nach einem der Punkte [1] bis [4], weiterhin enthaltend: mindestens eines von einer passiven Vorrichtung und einer aktiven Vorrichtung.
[6] Eine Hochfrequenzvorrichtung, enthaltend die Leiterplatte nach einem von Punkten [1] bis [5].
VORTEILHAFTE AUSWIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Ein Material, das im relevanten Stand der Technik für eine Leiterplatte einer Hochfrequenzvorrichtung verwendet wird, weist schlechte Verarbeitungseigenschaften auf, selbst wenn das Material einen ausgezeichneten dielektrischen Verlust aufweist, so dass eine gewünschte 3D-Struktur nicht erreicht werden kann. Andererseits enthält die Leiterplatte gemäß der vorliegenden Erfindung ein spezielles Glassubstrat und weist daher hervorragende Verarbeitungseigenschaften, wie 3D-Verarbeitung, auf und kann einen geringen Übertragungsverlust erzielen.
Darüber hinaus ist das Glassubstrat im Vergleich zu anderen Materialien hervorragend in Bezug auf Plattenformbarkeit, Wärmebeständigkeit, mechanische Eigenschaften und dergleichen. Das Glassubstrat kann auch leicht zu einem Substrat geformt werden, kann einer Hochtemperaturbehandlung standhalten und weist als Substrat eine ausreichende Steifigkeit auf.
Weiterhin ist es im Stand der Technik notwendig, ein Verarbeitungsverfahren entsprechend der Form, der Größe und dergleichen eines gewünschten Substrats zu ändern. Da das Glassubstrat geätzt werden kann, können in der Leiterplatte gemäß der vorliegenden Erfindung andererseits verschiedene 3D-Strukturen erzielt werden. Insbesondere können nicht nur allgemeine Mikrofabrikationsformen (ein Durchgangsloch, eine ausgehöhlte Struktur oder dergleichen), sondern auch komplizierte Mikrofabrikationsformen (zum Beispiel eine Spiralform) erzielt werden. Daher kann eine Leiterplatte mit einer breiten 3D-Form ohne große Änderung eines Herstellungsvorgangs bereitgestellt werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

[1] 1 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für eine Leiterplatte für eine Hochfrequenzvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
[2] 2 ist ein Diagramm, das schematisch eine hohle Struktur darstellt.
[3] 3 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch einen Zustand darstellt, in dem eine Verdrahtungsschicht auf einem Glassubstrat gebildet wird. (a) von 3 zeigt einen Zustand, in dem eine Verdrahtungsschicht 30 auf einem Glassubstrat 31 ausgebildet ist. (b) von 3 zeigt einen Zustand, in dem ausgehöhlte Abschnitte 32 durch Mikrofabrikation auf dem Glassubstrat 31 gebildet werden.
[4] 4 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der relativen Permittivität und dem Transmissionsverlust in Glassubstraten gemäß dem Beispiel darstellt.
[5] 5 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem dielektrischen Verlusttangens und dem Transmissionsverlust in den Glassubstraten gemäß einem Beispiel darstellt.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
In der vorliegenden Beschreibung wird der Begriff „bis“, der einen Zahlenbereich angibt, in dem Sinne verwendet, dass er die Zahlenwerte vor und nach dem „bis“ als unterer Grenzwert und oberer Grenzwert einschließt, sofern nichts anderes angegeben ist.
In der vorliegenden Beschreibung bedeutet „Hochfrequenz“ eine Frequenz von 1 GHz oder mehr. Die Hochfrequenz beträgt vorzugsweise 5 GHz oder mehr, bevorzugter 10 GHz oder mehr, noch mehr bevorzugt 20 GHz oder mehr, besonders bevorzugt 28 GHz oder mehr und vor allem 35 GHz oder mehr. Weiterhin beträgt die Hochfrequenz beispielsweise 100 GHz oder weniger.
<Leiterplatte>
Eine Leiterplatte für eine Hochfrequenzvorrichtung (nachstehend auch einfach als Leiterplatte bezeichnet) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält ein Glassubstrat, in dem ein Kristall ausgeschieden und durch Ätzen schneidbar ist und das einen dielektrischen Verlusttangens bei 20°C und 10 GHz von 0,0090 oder weniger aufweist.
1 zeigt ein Beispiel für eine Struktur der Leiterplatte gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Eine in 1 dargestellte Leiterplatte 1 enthält ein Glassubstrat 2 mit isolierenden Eigenschaften, eine erste Verdrahtungsschicht 3, die auf einer ersten Hauptoberfläche 2a des Glassubstrats 2 ausgebildet ist, und eine zweite Verdrahtungsschicht 4, die auf einer zweiten Hauptoberfläche 2b des Glassubstrats 2 ausgebildet ist. Die erste Verdrahtungsschicht 3 und die zweite Verdrahtungsschicht 4 bilden eine Mikrostreifenleitung als ein Beispiel für eine Übertragungsleitung. Die erste Verdrahtungsschicht 3 stellt eine Signalverdrahtung dar, und die zweite Verdrahtungsschicht 4 stellt eine Masseverdrahtung dar.
Die Strukturen der ersten Verdrahtungsschicht 3 und der zweiten Verdrahtungsschicht 4 sind jedoch nicht auf die vorstehend beschriebenen beschränkt. Die Verdrahtungsschicht kann auf nur einer Hauptoberfläche des Glassubstrats 2 oder nicht auf der Hauptoberfläche des Glassubstrats 2 oder im Inneren des Glassubstrats 2 ausgebildet sein. Weiterhin kann die Leiterplatte gemäß der vorliegenden Ausführungsform weitere, in 1 nicht dargestellte Komponenten enthalten.
Wie vorstehend beschrieben, kann die Leiterplatte gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Leiterplatte mit einem Glassubstrat und einer Verdrahtungsschicht sein, die innerhalb des Glassubstrats oder auf mindestens einer Hauptoberfläche des Glassubstrats ausgebildet ist.
(Glassubstrat)
Nachfolgend wird das Glassubstrat beschrieben, das in der Leiterplatte gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthalten ist. In dem Glassubstrat wird ein Kristall ausgeschieden und durch Ätzen schneidbar gemacht und der dielektrische Verlusttangens bei 20°C und 10 GHz beträgt 0,0090 oder weniger.
Das Glassubstrat ist ein Isoliersubstrat, das aus einem als Material verwendeten Glas aufgebaut ist, in dem sich ein Kristall ausscheidet und das durch Ätzen geschnitten werden kann. Die Art des als Material verwendeten Glases ist nicht besonders begrenzt, solange das Glas die vorstehend genannten Eigenschaften aufweist. Beispiele für das Glas sind lichtempfindliche Gläser.
Wie allgemein bekannt, bezieht sich das lichtempfindliche Glas auf ein Glas, das die Mikrofabrikation durch Ausfällung eines Kristalls durch Belichtung und Wärmebehandlung und Entfernung des Kristalls durch Ätzen ermöglicht. Genauer gesagt kann das lichtempfindliche Glas selektiv einen Kristall in einem mit einer Maske belichteten Abschnitt ausscheiden, indem es ein Muster eines mit einer Maske zu belichtenden Abschnitts steuert und dann eine Wärmebehandlung durchführt. Da der durch Belichtung und Wärmebehandlung ausgeschiedene Kristall eine relativ hohe Löslichkeit in Flusssäure aufweist, kann der Kristall durch Ätzen mit Flusssäure entfernt und bearbeitet werden.
Nachstehend wird die vorliegende Erfindung unter der Annahme beschrieben, dass ein lichtempfindliches Glas als Glassubstrat verwendet wird, in dem ein Kristall abgeschieden und durch Ätzen geschnitten werden kann. Allerdings ist das Glassubstrat in der vorliegenden Ausführungsform nicht auf das lichtempfindliche Glas beschränkt.
Wie vorstehend beschrieben, kann das Glassubstrat eine mikroskopische Struktur aufweisen, da das Glassubstrat aus einem Glas hergestellt ist, in dem ein Kristall ausgeschieden und durch Ätzen geschnitten werden kann. Obwohl die mikroskopische Struktur nicht besonders begrenzt ist, weist sie vorzugsweise mindestens eine stereoskopische Struktur auf, nämlich ein Durchgangsloch, eine ausgehöhlte Struktur und eine hohle Struktur.
Das Durchgangsloch ist eine lochförmige Struktur, die im Substrat ausgebildet ist. Dem Durchgangsloch kommen hauptsächlich die folgenden Rollen (1) und (2) zu.

(1) Ein Loch zum Einstecken eines Anschlusses einer elektronischen Komponente.
(2) Ein Loch für die Leitung zwischen Substratschichten.

Das Loch für die Leitung zwischen den Substratschichten wird auch als Via-Loch bezeichnet.
Das Via-Loch verbindet Leiterschichten elektrisch, wenn die Anzahl der Schichten einer Schaltung zwei oder mehr beträgt. Das Via-Loch wird grob in die zwei folgenden Typen (A) und (B) unterteilt.

(A) Ein Durchgangsloch-Via: ein Loch, das alle Schichten des Substrats durchdringt.
(B) Ein interstitielles Via: ein Loch, das einen Teil des Substrats durchdringt.

Beispiele für ein interstitielles Via sind ein Blind-Via (ein Loch, das durch eine Oberfläche und eine innere Schicht des Substrats hindurchgeht) und ein eingelassenes Via (ein Loch, das durch die innere Schicht und die innere Schicht des Substrats hindurchgeht).
Unter einer ausgehöhlten Struktur versteht man eine Struktur, bei der ein bestimmter Abschnitt des Substrats von einer Oberfläche bis zu einer bestimmten Tiefe ausgeschnitten und ein bestimmter Abschnitt des Substrats ausgehöhlt wird. Die ausgehöhlte Struktur enthält im Allgemeinen eine Struktur, die auch als Hohlraum oder Senkung bezeichnet wird. Weiterhin kann die ausgehöhlte Struktur durch Aushöhlen der Oberfläche des Substrats in beliebiger Form gebildet werden und enthält beispielsweise eine spiralförmig ausgehöhlte Struktur.
Es gibt mehrere mögliche Funktionen der ausgehöhlten Struktur und Beispiele dafür sind die folgenden (a) bis (d).

(a) Durch die Aushöhlung der Struktur wird die Kontaktfläche zwischen dem Substrat und der Verdrahtungsschicht verkleinert und führt zu einer Verbesserung der Verluste (das genaue Prinzip wird später beschrieben).
(b) Eine Vorrichtung wird miniaturisiert, indem eine Komponente in das Substrat eingebettet wird.
(c) Eine Position der Komponente wird stabilisiert, wenn die Komponente montiert ist.
(d) Nur ein Teil eines leitenden Abschnitts (z.B. eine Kupferfolie) der inneren Schicht wird belichtet.

Die Aufgaben der ausgehöhlten Struktur sind nicht auf die vorstehend genannten (a) bis (d) beschränkt.
Die hohle Struktur ist eine röhrenförmige Struktur mit einem hohlen Inneren. 2 ist ein Diagramm, das die hohle Struktur schematisch darstellt. Die in 2 dargestellte hohle Struktur 20 weist ein Glassubstrat 21 und einen Hohlraumabschnitt 22 darin auf. Die Querschnittsform der hohlen Struktur ist im Allgemeinen kreisförmig oder rechteckig, aber nicht darauf beschränkt.
Die hohle Struktur ist eine Struktur, die z.B. in einem Wellenleiter verwendet wird. Der Wellenleiter weist eine Wandoberfläche auf, die innen mit einem Metall bedeckt ist, und wird zur Übertragung elektromagnetischer Wellen verwendet. In 2 ist eine Struktur, bei der eine Wandoberfläche im Inneren des Hohlraumabschnitts 22 mit einem Metall bedeckt ist, eine Struktur des Wellenleiters. Die hohle Struktur weist einen hohlen Innenraum auf, und da Luft ein Dielektrikum ist, das einen dielektrischen Verlust verursacht, weist die hohle Struktur die Eigenschaften von geringem Verlust und hoher Leistungsübertragung auf.
Die Anwendungen der hohlen Struktur in der vorliegenden Ausführungsform sind nicht auf den Wellenleiter beschränkt.
Da das Glassubstrat die vorstehend beschriebene mikroskopische Struktur aufweisen kann, kann die Leiterplatte gemäß der vorliegenden Ausführungsform für eine Hochfrequenzvorrichtung mit einer mikroskopischen Lochform, wie einem Durchgangsloch, verwendet werden und eignet sich besonders für die Großserienproduktion dieser Vorrichtungen.
Gängige Verfahren zur Herstellung von Durchgangslöchern sind die Laserbearbeitung und das Schneiden mit einem Bohrer, aber die Verwendung dieser Verfahren zur Herstellung von Substraten mit Durchgangslöchern in großem Maßstab ist sehr kosten- und zeitaufwendig. In dieser Hinsicht ist die Leiterplatte gemäß der vorliegenden Ausführungsform für die Massenproduktion geeignet, da das Ätzen in einem Verarbeitungsvorgang des Glassubstrats verwendet werden kann.
Das Glassubstrat kann so bearbeitet werden, dass eine tiefer ausgehöhlte Struktur entsteht. Sogar mit der gegenwärtigen Technik kann eine ausgehöhlte Struktur mit einer geringen Tiefe durch eine Kombination von Photolithographie und Ätzen erreicht werden, aber es ist mit der gegenwärtigen Technik schwierig, dass eine ausgehöhlte Struktur eine größere Tiefe aufweist. Da die Leiterplatte gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Glassubstrat enthält, das eine mikroskopische Struktur aufweisen kann, kann die Leiterplatte andererseits eine tiefe ausgehöhlte Struktur aufweisen.
Die Form des Glassubstrats ist nicht besonders begrenzt und je nach Zweck und Anwendung können verschiedene Formen hergestellt werden. Beispielsweise kann das Glassubstrat, wie in 1 dargestellt, eine Plattenform mit zwei einander zugewandten Hauptoberflächen (die erste Hauptoberfläche 2a und die zweite Hauptoberfläche 2b) aufweisen oder eine andere Form als die Plattenform aufweisen, je nach Produkt, Anwendung oder dergleichen, die auf das Glassubstrat aufgebracht wird.
Genauer gesagt kann das Glassubstrat eine flache Glasscheibe ohne Verformung oder eine gebogene Glasscheibe mit einer gekrümmten Oberfläche sein. Die Form der Hauptoberfläche ist nicht besonders begrenzt und kann in verschiedenen Formen, wie kreisförmig oder viereckig, gestaltet werden.
In dem Fall, in dem das Glassubstrat eine Plattenform mit zwei einander zugewandten Hauptoberflächen aufweist, beträgt seine Plattendicke vorzugsweise 3 mm oder weniger, bevorzugter 2 mm oder weniger und noch bevorzugter 1 mm oder weniger. In dem Fall, in dem die Plattendicke innerhalb des vorstehend genannten Bereichs liegt, kann die gesamte Dicke vermindert werden, wenn eine Schaltung durch Laminieren der Substrate gebildet wird, was bevorzugt ist. Andererseits beträgt die Plattendicke unter dem Gesichtspunkt der Festigkeit vorzugsweise 0,05 mm oder mehr, bevorzugter 0,1 mm oder mehr und noch bevorzugter 0,2 mm oder mehr.
Als Nächstes wird eine Verringerung der Verluste des Glassubstrats beschrieben. Das Glassubstrat in der vorliegenden Ausführungsform weist einen dielektrischen Verlusttangens bei 20°C und 10 GHz von 0,0090 oder weniger auf, und die Leiterplatte mit dem Glassubstrat kann einen niedrigen Übertragungsverlust erreichen. Es gibt keine besonderen Einschränkungen hinsichtlich der Verfahren zur Verringerung der Verluste des Glassubstrats, aber es gibt zum Beispiel die folgenden zwei Verfahren. Das erste ist ein Verfahren, das von einem Aspekt der Materialeigenschaften ausgeht, und das zweite ist ein Verfahren, das von einem Aspekt der Struktur ausgeht.
Um den Übertragungsverlust unter dem Aspekt der Materialeigenschaften zu verringern, ist es notwendig, den dielektrischen Verlusttangens des Glases zu verbessern. Es ist allgemein bekannt, dass der Übertragungsverlust eines Signals in einer Hochfrequenzleiterplatte proportional zu einer Frequenz und einem dielektrischen Verlusttangens eines Substratmaterials ist.
Da der Übertragungsverlust proportional zur Frequenz und zum dielektrischen Verlusttangens des Substratmaterials ist und die Frequenz in einem Hochfrequenzband ansteigt, besteht ein großer Bedarf, den Verlust in einer Leiterplatte für eine Hochfrequenzvorrichtung weiter zu vermindern. Um den Verlust zu verringern, muss daher der dielektrische Verlusttangens des Substratmaterials verbessert werden.
Um den dielektrischen Verlusttangens des Glases zu verbessern, ist ein Alkalimischeffekt besonders wirksam. Der Alkalimischeffekt ist ein Effekt, bei dem die physikalischen Eigenschaften des Glases durch das Mischen einer Vielzahl von Alkalimetallsorten anstelle einer einzigen Alkalimetallsorte verändert werden. Als Alkalimetallkomponente für eine Glaszusammensetzung werden in der Regel drei Arten, nämlich Li, Na und K, verwendet. Das heißt, dass im Falle eines Glases, das eine einzelne Alkalimetallkomponente in der Glaszusammensetzung enthält, der dielektrische Verlusttangens durch Mischen dieser drei Arten von Alkalimetallkomponenten verbessert werden kann.
Der dielektrische Verlusttangens des Glassubstrats bei 20°C und 10 GHz beträgt vorzugsweise 0,0089 oder weniger, bevorzugter 0,0088 oder weniger, noch bevorzugter 0,0087 oder weniger, besonders bevorzugt 0,0086 oder weniger und am meisten bevorzugt 0,0085 oder weniger, unter dem Gesichtspunkt der Verbesserung der dielektrischen Eigenschaften. Eine untere Grenze des dielektrischen Verlusttangens ist nicht besonders begrenzt und beträgt beispielsweise vorzugsweise 0,0005 oder mehr.
Weiterhin ist die relative Permittivität des Glassubstrats bei 20°C und 10 GHz vorzugsweise 7,2 oder weniger, bevorzugter 7,1 oder weniger, noch bevorzugter 7,0 oder weniger, weiterhin bevorzugter 6,95 oder weniger und besonders bevorzugt 6,90 oder weniger, unter dem Gesichtspunkt der Verbesserung der dielektrischen Eigenschaften. Eine untere Grenze der relativen Permittivität ist nicht besonders begrenzt und beträgt beispielsweise vorzugsweise 3 oder mehr.
Der dielektrische Verlusttangens und die relative Permittivität können mit dem Split-Post-Dielektrikum-Resonanz-Verfahren (SPDR-Verfahren) unter Verwendung eines Netzwerkanalysators gemessen werden.
Um den Übertragungsverlust durch die Struktur zu verringern, ist es außerdem vorteilhaft, die Kontaktfläche zwischen dem Glassubstrat und der Verdrahtungsschicht zu vermindern, indem eine ausgehöhlte Struktur im Glassubstrat gebildet wird. Eine schematische Darstellung dieser Struktur ist in 3 zu sehen. In 3 bezeichnet die Bezugsziffer 30 eine Verdrahtungsschicht, die Bezugsziffer 31 ein Glassubstrat und die Bezugsziffer 32 einen ausgehöhlten Abschnitt, der durch Mikrofabrikation ausgeschnitten ist, und diese Figuren sind Querschnittsansichten, die schematisch einen Zustand darstellen, in dem eine Verdrahtungsschicht auf einem Glassubstrat ausgebildet ist.
(a) von 3 zeigt einen Zustand, in dem die Verdrahtungsschicht 30 wie üblich auf dem Glassubstrat 31 ausgebildet ist. (b) von 3 zeigt einen Zustand, in dem das Glassubstrat 31 einer Mikrofabrikation unterzogen und ein Teil des Glassubstrats 31 ausgehöhlt wird. Ein Grund, warum der Verlust durch eine solche ausgehöhlte Struktur vermindert werden kann, ist, dass der dielektrische Verlust der Luft selbst ziemlich gering ist. Das heißt, dass durch die Annahme der ausgehöhlten Struktur die Verringerung des Verlustes erreicht werden kann, indem ein Abschnitt, in dem das Material ursprünglich vorhanden war, durch Luft mit einem geringeren dielektrischen Verlust ersetzt wird.
Wie vorstehend beschrieben, sind die Verarbeitungstechnik und die Verarbeitungseigenschaften eines Materials wichtig, um die Verminderung der Verluste durch die ausgehöhlte Struktur zu erreichen. Da in dem Glassubstrat in der vorliegenden Ausführungsform der Kristall ausgeschieden und durch Ätzen geschnitten werden kann, kann eine ausgehöhlte Struktur gebildet und eine Verminderung der Verluste erreicht werden.
(Verdrahtungsschicht)
Die Leiterplatte gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann eine Verdrahtungsschicht enthalten. Die Verdrahtungsschicht ist eine Schicht mit einer Verdrahtung, die aus einem Leiter aufgebaut ist und dazu dient, verschiedene Elemente elektrisch zu verbinden. Die erste Verdrahtungsschicht 3 in 1 ist eine Signalverdrahtung und die zweite Verdrahtungsschicht 4 ist eine Masseverdrahtung.
Außerdem kann die Verdrahtungsschicht im Inneren des Glassubstrats oder auf mindestens einer Hauptoberfläche des Glassubstrats ausgebildet sein.
Die Dicke der Verdrahtungsschicht wird im Allgemeinen entsprechend einer Bedingung, wie einer Anwendung oder einem Frequenzband, festgelegt, wenn die Leiterplatte verwendet wird. Die Dicke der Verdrahtungsschicht ist jedoch in der Regel 0,1 µm oder mehr, vorzugsweise 0,5 µm oder mehr, bevorzugter 1 µm oder mehr und ist in der Regel 100 µm oder weniger, vorzugsweise 80 µm oder weniger und bevorzugter 60 µm oder weniger, aus Sicht der praktischen Anwendung. Weiterhin beträgt die Dicke der Verdrahtungsschicht in der Regel 0,1 µm bis 100 µm, vorzugsweise 0,5 µm bis 80 µm und besonders bevorzugt 1 µm bis 60 µm.
Die Struktur der Verdrahtungsschicht ist nicht auf eine einlagige Struktur beschränkt und kann eine mehrlagige Struktur aufweisen, wie eine laminierte Struktur aus einer Titanschicht und einer Kupferschicht.
(Weiteres)
Die Leiterplatte gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann jede Vorrichtung oder jede Komponente zur Verwendung als Hochfrequenzvorrichtung enthalten. So ist es beispielsweise bevorzugt, dass die Leiterplatte mindestens eine passive Vorrichtung und eine aktive Vorrichtung enthält. Eine Hochfrequenzschaltung (RF) kann beispielsweise eine passive Hauptvorrichtung (eine Antenne, einen Frequenzfilter, einen Duplexer, einen Diplexer oder dergleichen), eine aktive Vorrichtung (einen Schalter, einen Phasenschieber oder dergleichen) und eine allgemeine Schaltungskomponente (passiv: ein Kondensator, eine Induktivität, ein Widerstand, aktiv: ein Transistor, eine Diode, ein IC, ein LSI oder dergleichen) enthalten. Darüber hinaus kann ein Verpackungsmaterial wie eine Form oder ein Resist als Befestigungsmaterial bereitgestellt werden.
(Herstellungsverfahren einer Leiterplatte)
Es wird ein Herstellungsverfahren für die Leiterplatte für die Hochfrequenzvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Das Herstellungsverfahren enthält mindestens einen Glasherstellungsschritt, einen Glassubstratbearbeitungsschritt und einen Verdrahtungsschichtbildungsschritt. Die Reihenfolge dieser Vorgänge ist nicht eindeutig festgelegt. Die Reihenfolge kann nach Bedarf geändert werden oder derselbe Schritt kann wiederholt werden. Beispielsweise kann eine Vielzahl spezieller Schritte wie Glassubstratbearbeitung → Bildung der Verdrahtungsschicht → Glassubstratbearbeitung enthalten sein oder auch nicht enthalten sein.
[Glasherstellungsschritt]
In diesem Schritt wird ein Rohmaterial, das so gemischt wurde, dass es die gewünschte Glaszusammensetzung aufweist, schmelzgeformt, um ein amorphes Glas herzustellen. Das Verfahren des Schmelzens und Formens ist nicht besonders begrenzt und so wird beispielsweise ein Glasrohmaterial, das durch Mischen eines Glasrohmaterials hergestellt wurde, in einen Platintiegel gegeben und in einen auf eine Schmelztemperatur erhitzten Elektroofen gegeben, um das Rohmaterial zu schmelzen.
Ist die Schmelztemperatur zu niedrig, schmilzt das Rohmaterial nicht. Wenn also die Temperatur, bei der die Hochtemperaturviskosität η einer Glasschmelze log η = 2 ist, T₂ ist, beträgt die Schmelztemperatur vorzugsweise T₂ oder mehr, bevorzugter (T₂ + 10°C) oder mehr, noch bevorzugter (T₂ + 20°C) oder mehr, weiterhin noch bevorzugter (T₂ + 30°C) oder mehr, besonders bevorzugt (T₂ + 40°C) oder mehr und am meisten bevorzugt (T₂ + 50°C) oder mehr.
Ist die Schmelztemperatur hingegen zu hoch, wird eine Anlage, wie ein Elektroofen, belastet. Daher ist die Schmelztemperatur vorzugsweise (T₂ + 500°C) oder weniger, bevorzugter (T₂ + 450°C) oder weniger, weiterhin noch bevorzugter (T₂ + 400°C) oder weniger, besonders bevorzugt (T₂ + 350°C) oder weniger und am meisten bevorzugt (T₂ + 300°C) oder weniger. Wenn das Rohmaterial ausreichend geschmolzen ist, wird es homogenisiert, z.B. durch Rühren mit einem Rührer und das Ergebnis wird dann zum Entschäumen stehen gelassen. Zu diesem Zeitpunkt kann die Temperatur des Elektroofens erhöht werden, um die Homogenität und die Entschäumungsleistung zu steigern, falls erforderlich.
Die erhaltene Glasschmelze wird bei Raumtemperatur in eine Metallform (z.B. eine SUS-Platte) gegossen, bei einer Temperatur des Glasübergangspunkts für etwa 1 Stunde bis 2 Stunden gehalten und dann auf Raumtemperatur getempert, um so einen Glasblock aus amorphem Glas zu erhalten. Ist die Tempergeschwindigkeit zu diesem Zeitpunkt zu hoch, verbleiben Eigenspannungen im Glas, die zu Brüchen und Rissen führen. Daher beträgt die Tempergeschwindigkeit vorzugsweise 100°C/min oder weniger und zwar in der folgenden Reihenfolge der Bevorzugungen 80°C/min oder weniger, 60°C/min oder weniger, 40°C/min oder weniger, 20°C/min oder weniger und 10°C/min oder weniger.
Wenn andererseits die Tempergeschwindigkeit zu langsam ist, dauert das Tempern zu lange, was zu einer schlechten Effizienz in der Produktion führt. Daher beträgt die Tempergeschwindigkeit vorzugsweise 0,01°C/min oder mehr und zwar in der folgenden Reihenfolge der Bevorzugungen 0,05°C/min oder mehr, 0,1°C/min oder mehr, 0,2°C/min oder mehr, 0,4°C/min oder mehr, 0,6°C/min oder mehr, 0,8°C/min oder mehr und 1°C/min oder mehr.
Weiterhin wird der erhaltene Glasblock einer Bearbeitung wie Schneiden, Schleifen, Polieren und dergleichen unterzogen, die erforderlich ist, um den Glasblock in eine gewünschte Substratform zu bringen.
Als Polierbehandlung der Oberfläche des Substrats kann beispielsweise mechanisches Polieren unter Verwendung eines Schleifmittels, das Ceroxid, kolloidales Siliziumdioxid oder dergleichen als Hauptkomponente enthält, und eines Polierkissens, chemisch-mechanisches Polieren unter Verwendung einer Polieraufschlämmung, die ein Schleifmittel und eine saure oder alkalische Flüssigkeit als Dispersionsmedium enthält, und eines Polierkissens oder chemisches Polieren unter Verwendung einer sauren oder alkalischen Flüssigkeit als Ätzlösung angewandt werden. Diese Polierbehandlungen werden gemäß der Oberflächenrauhigkeit einer Glasscheibe angewandt, die als Material für das Glassubstrat verwendet werden soll. Beispielsweise können Vorpolieren und Endpolieren in Kombination angewendet werden. Weiterhin wird eine Endoberfläche des Glassubstrats vorzugsweise abgeschrägt, um Bruch, Risse und Abplatzungen des Glassubstrats zu verhindern, die durch die Endoberfläche während eines Verfahrensablaufs verursacht werden. Eine Form der Anfasung kann eine C-Fase, eine R-Fase, eine Gewindefase oder dergleichen sein.
Wie vorstehend beschrieben, kann das amorphe Glas aus einem geschmolzenen Zustand in eine gewünschte Form gebracht werden. Daher weist das amorphe Glas im Vergleich zu einem Verfahren zum Formen eines Brennpulvers oder einer Aufschlämmung, wie im Fall von Keramik oder dergleichen, oder einem Verfahren zum Schneiden in eine gewünschte Form nach der Herstellung eines Barrens, wie im Fall von synthetischem Quarz, den Vorteil auf, dass es einfach zu formen oder die Fläche zu vergrößern ist und zu niedrigen Kosten hergestellt werden kann.
[Glassubstrat-Verarbeitungsschritt]
Dieser Schritt enthält einen Kristallausfällungsschritt und einen Ätzschritt. Das heißt, dieser Schritt enthält einen Schritt der Bearbeitung des Glassubstrats durch Entfernen eines ausgeschiedenen Kristalls durch Ätzen nach der Ausfällung eines ätzfähigen Kristalls im Glas.
Wenn ein lichtempfindliches Glas verwendet wird, enthalten Beispiele für ein Verfahren zur Ausfällung eines Kristalls ein Verfahren zur Durchführung einer Belichtungsbehandlung und einer Wärmebehandlung. Weiterhin ist auch ein Verfahren zur lokalen Kristallisation durch Laserbestrahlung oder dergleichen enthalten. Ein Verfahren zur Verwendung des lichtempfindlichen Glases und zur Ausfällung von Kristallen durch Belichtung und Wärmebehandlung wird nachstehend beschrieben. Das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist jedoch nicht auf ein solches Verfahren beschränkt.
Bei dem Kristallabscheidungsschritt wird das lichtempfindliche Glas zunächst einer Belichtungsbehandlung unterzogen. Zu diesem Zeitpunkt kann das lichtempfindliche Glas auf die gewünschte Größe gebracht werden, so dass es in die Norm eines Belichtungsapparates passt. Außerdem kann eine Oberfläche, die eine hohe Genauigkeit erfordert, poliert werden. Dann wird eine optische Maske hergestellt, auf der ein gewünschtes Mikrofabrikationsmuster gebildet wird, und die optische Maske wird auf das Glas gelegt und mit ultravioletten Strahlen bestrahlt. Als optische Maske kann eine in der allgemeinen Ultraviolett-Belichtungslithographie verwendete optische Maske verwendet werden.
Als Belichtungseinrichtung kann beispielsweise das Produkt „MA-1200“ der Firma Japan Science Engineering Co. Ltd. verwendet werden. Wenn die Belichtungsmenge zu hoch ist, können andere als die gewünschten Abschnitte belichtet werden, und die Reaktion kann länger als nötig dauern. Daher beträgt die Belichtungsmenge vorzugsweise 30 J/cm² oder weniger.
Die Belichtungsmenge ist in der folgenden Reihenfolge der Bevorzugungen 28 J/cm² oder weniger, 26 J/cm² oder weniger, 24 J/cm² oder weniger, 22 J/cm² oder weniger, 20 J/cm² oder weniger, 18 J/cm² oder weniger, 16 J/cm² oder weniger, 14 J/cm² oder weniger, 12 J/cm² oder weniger und 10 J/cm² oder weniger.
Andererseits kann es sein, dass in dem Fall, in dem die Belichtungsmenge zu niedrig ist, der gewünschte Abschnitt nicht ausreichend reagiert und die Reaktion nicht ausreichend verläuft. Daher beträgt die Belichtungsmenge vorzugsweise 0,01 J/cm² oder mehr und in der folgenden Reihenfolge der Bevorzugungen 0,02 J/cm² oder mehr, 0,04 J/cm² oder mehr, 0,06 J/cm² oder mehr, 0,08 J/cm² oder mehr und 0,1 J/cm² oder mehr.
Anschließend wird das belichtete lichtempfindliche Glas einer Wärmebehandlung unterzogen, um einen Kristall auszufällen. Die Wärmebehandlung wird im Allgemeinen in zwei Stufen durchgeführt. Die erste Stufe der Wärmebehandlung dient der Ausfällung einer Komponente, die als Kristallisationskeim im Glas dient. Daher liegt die Temperatur der Wärmebehandlung vorzugsweise in einem Temperaturbereich, in dem die Kristallkeimbildungsrate in der Glaszusammensetzung zunimmt. Zum Beispiel liegt die Wärmebehandlungstemperatur in einem Bereich von Tg ± 150°C.
Weiterhin beträgt die Verweilzeit in einem ersten Temperaturbereich in der folgenden Reihenfolge der Bevorzugungen 15 Minuten oder mehr, 30 Minuten oder mehr, 45 Minuten oder mehr, 1 Stunde oder mehr, 1 Stunde und 15 Minuten oder mehr, 1 Stunde und 30 Minuten oder mehr, 1 Stunde und 45 Minuten oder mehr, 2 Stunden oder mehr, 2 Stunden und 15 Minuten oder mehr, 2 Stunden und 30 Minuten oder mehr, 2 Stunden und 45 Minuten oder mehr, 3 Stunden oder mehr, 3 Stunden und 15 Minuten oder mehr, 3 Stunden und 30 Minuten oder mehr, 3 Stunden und 45 Minuten oder mehr und 4 Stunden oder mehr. Liegt die Verweilzeit innerhalb des vorstehend genannten Bereichs, ist die Keimbildung wahrscheinlich ausreichend fortgeschritten. Unter dem Gesichtspunkt der Herstellbarkeit ist die Verweilzeit dagegen vorzugsweise 15 Stunden oder weniger, 14 Stunden oder weniger, 13 Stunden oder weniger, 12 Stunden oder weniger, 11 Stunden oder weniger und 10 Stunden oder weniger.
Durch eine zweite Wärmebehandlungsstufe soll ein Kristall um den Glaskeim ausgeschieden werden. Die Temperatur der Wärmebehandlung liegt vorzugsweise in einem Temperaturbereich, in dem die Kristallwachstumsrate des Kristalls zunimmt. Insbesondere wird die Wärmebehandlung in einem Bereich von 20°C oder mehr und 300°C oder weniger in Bezug auf die Wärmebehandlungstemperatur in der ersten Stufe durchgeführt.
Die Verweilzeit in einem zweiten Temperaturbereich beträgt in der folgenden Reihenfolge der Bevorzugungen 15 Minuten oder mehr, 30 Minuten oder mehr, 45 Minuten oder mehr, 1 Stunde oder mehr, 1 Stunde und 15 Minuten oder mehr, 1 Stunde und 30 Minuten oder mehr, 1 Stunde und 45 Minuten oder mehr, 2 Stunden oder mehr, 2 Stunden und 15 Minuten oder mehr, 2 Stunden und 30 Minuten oder mehr, 2 Stunden und 45 Minuten oder mehr und 3 Stunden oder mehr. Liegt die Verweilzeit innerhalb des vorstehend genannten Bereichs, so ist das Kristallwachstum wahrscheinlich ausreichend fortgeschritten.
Andererseits beträgt die Verweilzeit unter dem Gesichtspunkt der Herstellbarkeit vorzugsweise 15 Stunden oder weniger, 14 Stunden oder weniger, 13 Stunden oder weniger, 12 Stunden oder weniger, 11 Stunden oder weniger und 10 Stunden oder weniger.
Anschließend wird der ausgeschiedene Kristall durch Ätzen geschnitten. Wenn die Ätzrate eines Kristallabschnitts höher als die eines Glasabschnitts ist, kann der Kristallabschnitt entfernt und das Glas verarbeitet werden. Hier bezieht sich die Ätzrate auf einen Wert, der durch die nachstehend beschriebene Gleichung (1) erhalten wird, wenn das Glas mit einer Ätzlösung reagiert. Zu diesem Zeitpunkt ist die Art der Ätzlösung nicht besonders eingeschränkt.
Bei lichtempfindlichem Glas wird im Allgemeinen HF als Ätzlösung verwendet. Es kann eine Mischsäure aus HF und einer anderen Säure (HCl, HNO₃, H₂SO₄ oder dergleichen) verwendet werden. Andere Säuren (HCl, HNO₃, H₂SO₄ oder dergleichen) können auch ohne HF verwendet werden. Erforderlichenfalls kann eine alkalische Lösung verwendet werden.
Ein Ätzverfahren ist nicht besonders begrenzt. Beispiele für das Ätzverfahren sind das DIP-Verfahren, bei dem ein Glas in eine Ätzlösung getaucht wird, und das Sprühverfahren, bei dem eine Ätzlösung auf ein Glas geblasen wird. Um die Reaktion zwischen der Lösung und dem Glas zu fördern, kann je nach Bedarf Rühren, Schütteln oder dergleichen verwendet werden.
[Math. 1] $\ddot{A} t z r a t e \frac{μ m}{m i n} = \frac{G e w i c h t s v e r l u s t (g) \times G l a s d i c k e v o r T e s t (μ m)}{G l a s g e w i c h t v o r T e s t (g) \times T e s t z e i t (min)}$
Als spezielles Verfahren kann im Falle des lichtempfindlichen Glases eine Ätzrate des Glasabschnitts durch die vorstehende Gleichung (1) erhalten werden, indem eine Glasprobe mit einer Länge von 30 mm x einer Breite von 20 mm und einer Dicke von 0,5 mmt in 55 ml einer Ätzlösung bei 40°C, die HF von 5 Masse-% und HNO₃ von 0,7 Masse-% enthält, für 4 Minuten eingetaucht wird.
Die Ätzrate des Glasabschnitts, die unter dieser Bedingung erreicht wird, beträgt vorzugsweise 2,75 oder weniger unter dem Gesichtspunkt der Eigenschaften der Mikrofabrikation. In dem Fall, in dem die Ätzrate des Glasabschnitts 2,75 oder weniger beträgt, kann verhindert werden, dass der Glasabschnitt während des Ätzens mehr als nötig geätzt wird, und die mikroskopische Struktur kann leicht gesteuert werden.
Die Ätzrate des Glasabschnitts beträgt in der folgenden Reihenfolge der Bevorzugungen 2,70 oder weniger, 2,65 oder weniger, 2,60 oder weniger, 2,55 oder weniger, 2,50 oder weniger, 2,45 oder weniger, insbesondere 2,40 oder weniger. Obwohl es kein Problem darstellt, wenn die Ätzrate des Glasabschnitts klein ist, beträgt die Ätzrate des Glasabschnitts vorzugsweise beispielsweise 0,1 oder mehr.
Unter dem Gesichtspunkt der Eigenschaften der Mikrofabrikation ist es bevorzugt, dass ein Wert einer Ätzratenselektivität, die durch die nachstehend beschriebene Gleichung (2) dargestellt wird, groß ist. Die Ätzratenselektivität gibt ein Verhältnis an, das man erhält, indem man eine Ätzrate (eine Kristallabschnittätzrate) eines kristallisierten Abschnitts durch eine Ätzrate (eine Glasabschnittätzrate) eines Glasabschnitts dividiert. Wenn der Wert der Ätzraten-Selektivität groß ist, wird der Kristallabschnitt selektiv in Bezug auf das Glas entfernt, und die Mikrofabrikation kann auf dem Glas durchgeführt werden.
Die Ätzratenselektivität wird auf der Grundlage der folgenden Gleichung (2) berechnet, indem eine Ätzrate (Kristallabschnittätzrate), die durch Ätzen eines Glases erhalten wird, auf dem ein Kristall abgeschieden ist, bzw. eine Ätzrate (Glasabschnittätzrate), die durch Ätzen eines Glases erhalten wird, auf dem kein Kristall abgeschieden ist, ermittelt wird.
[Math. 2] $\ddot{A} t z r a t e n s e l e k t i v i t \ddot{a} t = \frac{K r i s t a l l a b s c h n i t t \ddot{a} t z r a t e}{G l a s a b s c h i t t \ddot{a} t z r a t e}$
Als spezielles Verfahren wird beispielsweise ein Verfahren zur Ermittlung der Selektivität der Ätzrate im Falle des lichtempfindlichen Glases beschrieben. Ein Verfahren zur Berechnung der Glasabschnittätzrate ist wie vorstehend beschrieben. Die Kristallabschnittätzrate wird auf der Grundlage der vorstehenden Gleichung (1) berechnet, indem die Glasprobe mit einer Länge von 30 mm x einer Breite von 20 mm und einer Dicke von 0,5 mmt nach einer Belichtungsbehandlung und einer Wärmebehandlung geätzt wird. Die speziellen Behandlungsbedingungen sind nachstehend dargestellt.
(i) Belichtungsbehandlung
Mit Hilfe einer Belichtungseinrichtung (z.B. mit dem Produktnamen „MA-1200“, hergestellt von Japan Science Engineering Co., Ltd.) wird das gesamte Flachglas mit einer Belichtungsmenge von 15 J/cm² belichtet.
(ii) Wärmebehandlung
Es wird eine zweistufige Wärmebehandlung durchgeführt. Die Bedingungen für die erste Stufe der Wärmebehandlung sind z.B. eine 5-stündige Wärmebehandlung bei 485°C. Die Bedingungen für die zweite Stufe der Wärmebehandlung können z.B. nach dem folgenden Verfahren bestimmt werden. Zunächst wird ein Kristallisationspeak mit einer Differentialthermoanalyse (DTA)-Einrichtung (z.B. Thermoplus TG8120 der Rigaku Corporation) bestätigt. Die Wärmebehandlung wird in einem Bereich von -150°C bis -50°C ab einer Temperatur, bei der der Kristallisationspeak bestätigt wird, für eine Wärmebehandlungsdauer im Bereich von 1 Stunde bis 3 Stunden durchgeführt. Zu diesem Zeitpunkt wird dieselbe Behandlung an einem Glas mit derselben Zusammensetzung durchgeführt, das nicht belichtet wurde, und es wird ein Bereich als Wärmebehandlungsbedingung festgelegt, in dem bestätigt werden kann, dass kein Kristall ausgeschieden wird.
Ein Verfahren zur Bestätigung der Kristallausfällung ist zum Beispiel ein Verfahren durch mikroskopische Beobachtung. Wird der Glasabschnitt mit einem Mikroskop unter Verwendung von Epi-Beleuchtung beobachtet, tritt Lichtstreuung in einem Abschnitt auf, in dem der Kristall ausgefallen ist und somit erscheint der Kristallabschnitt hell, während der Glasabschnitt dunkel ist. Anhand von Helligkeit und Dunkelheit lässt sich feststellen, ob ein Kristall ausgeschieden wurde oder nicht.
(iii) Ätzen
Die Glasprobe wird 4 Minuten lang in 55 ml der Ätzlösung mit 5 Massenprozent HF und 0,7 Massenprozent HNO₃ bei 40°C eingetaucht.
Nach Durchführung der vorstehend genannten Behandlungen wird beispielsweise der durch die vorstehende Gleichung (1) erhaltene Wert als Ätzrate für den Kristallabschnitt festgelegt.
Zum Beispiel ist die Selektivität der Ätzrate des lichtempfindlichen Glases, das durch das vorstehende Verfahren erhalten wird, vorzugsweise 3 oder mehr aus der Sicht der Eigenschaften der Mikrofabrikation. In dem Fall, in dem das Selektivitätsverhältnis der Ätzrate 3 oder mehr beträgt, ist selektives Schneiden möglich und die mikroskopische Struktur kann gesteuert werden.
Die Selektivität der Ätzrate ist in der folgenden Reihenfolge der Bevorzugungen 4 oder mehr, 5 oder mehr, 6 oder mehr, 7 oder mehr, 8 oder mehr, 9 oder mehr, 10 oder mehr, 11 oder mehr, 12 oder mehr, 13 oder mehr, 14 oder mehr, 15 oder mehr, 16 oder mehr, 17 oder mehr, 18 oder mehr, 19 oder mehr und besonders bevorzugt 20 oder mehr. Darüber hinaus ist die Obergrenze der Selektivität der Ätzrate nicht besonders begrenzt und beträgt im Allgemeinen 50 oder weniger, 45 oder weniger und besonders bevorzugt 40 oder weniger.
Die Arten des Ätzens werden grob in zwei Typen unterteilt: Trockenätzen und Nassätzen. Das Trockenätzen ist ein Verfahren zum Ätzen eines Materials durch ein reaktives Gas (Ätzgas), ein Ion und ein Radikal, und das Nassätzen ist ein Verfahren zum Ätzen eines Materials mit einer flüssigen Chemikalie.
Vergleicht man beide Verfahren, so ermöglicht das Trockenätzen im Allgemeinen eine Bearbeitung mit einem höheren Aspektverhältnis (Verhältnis von Ätztiefe und -breite) und weist einen höheren Freiheitsgrad bei der Bearbeitung auf, erfordert aber teure Ausrüstung und kann gefährliche reaktive Gase verwenden. Andererseits ist die Nassätzung im Vergleich zur Trockenätzung relativ kostengünstig und in Bezug auf die Steuerbarkeit der Bearbeitungstiefe und in der Gleichmäßigkeit überlegen.
Andere Verfahren zur Entfernung des Kristalls als das Ätzen enthalten die Laserbearbeitung und die Schneidbearbeitung, wie das Bohren, aber die Ätzbearbeitung weist den Vorteil auf, dass sie für die Massenproduktion besser geeignet ist. Darüber hinaus ist das Ätzverfahren auch im Hinblick auf die Verarbeitung einer speziellen 3D-Form überlegen.
Falls erforderlich, kann nach dem Ätzvorgang eine erneute Politur durchgeführt werden. Dies liegt daran, dass die Oberfläche des Glassubstrats durch die Wärmebehandlung und den Ätzschritt aufgeraut sein kann. Der Nachpolierschritt kann derselbe sein wie der Polierschritt, der nach der Herstellung des Glases durchgeführt wird. Wenn die Polierschritte identisch sind, können das Schleifmittel und das zu verwendende Polierkissen vereinheitlicht werden und die Belastung auf der Herstellungsseite kann vermindert werden.
[Verdrahtungsschichtbildungsschritt]
In diesem Schritt wird eine Verdrahtungsschicht auf dem Glassubstrat gebildet, das wie vorstehend beschrieben verarbeitet wurde. Wie in 1 dargestellt, kann die Verdrahtungsschicht auf mindestens einer Hauptoberfläche des Glassubstrats oder im Inneren des Glassubstrats gebildet werden.
Das Verfahren zur Bildung der Verdrahtungsschicht ist nicht besonders begrenzt und es können verschiedene bekannte Herstellungsverfahren wie ein Druckverfahren unter Verwendung einer leitfähigen Paste, ein Tauchverfahren, ein Beschichtungsverfahren, ein Aufdampfverfahren und ein Sputterverfahren angewandt werden. Unter ihnen ist das Beschichtungsverfahren unter dem Gesichtspunkt der Kosten und der Massenproduktivität zu bevorzugen. Das Beschichtungsverfahren wird nachstehend beschrieben. Der Schritt zur Bildung der Verdrahtungsschicht ist in der vorliegenden Ausführungsform jedoch nicht auf das Beschichtungsverfahren beschränkt.
Die zu beschichtende Metallsorte ist nicht besonders begrenzt und es können allgemein übliche Metalle verwendet werden und Beispiele sind Gold, Silber, Kupfer, Nickel, Kobalt, Zinn und die Platingruppe (Palladium, Platin, Rhodium und Ruthenium). Da eine Beschichtungstechnik allgemein etabliert ist, wird vorzugsweise mindestens eines, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Gold, Silber, Kupfer, Nickel und Kobalt, verwendet. Da in der vorliegenden Ausführungsform ein leitfähiges Metall bevorzugt wird, ist ein Metall, das die Verdrahtungsschicht bildet, vorzugsweise mindestens eines, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Gold, Silber und Kupfer. Unter dem Gesichtspunkt der Kosten ist Kupfer besonders bevorzugt.
Beispiele für ein Beschichtungsverfahren sind stromloses Beschichten und elektrolytisches Beschichten. Die stromlose Beschichtung ermöglicht die Beschichtung mit einer relativ gleichmäßigen Schichtdicke. Andererseits ist die elektrolytische Beschichtung geeignet, um einen dickeren Film zu bilden. Daher wird im Allgemeinen zunächst eine Beschichtungsbehandlung durch eine Kombination aus stromloser Beschichtung und anschließender elektrolytischer Beschichtung durchgeführt. Dieser Beschichtungsschritt ist jedoch nicht auf eine Kombination beider Verfahren beschränkt und es kann je nach Bedarf eines der Verfahren verwendet werden.
Im Beschichtungsschritt, insbesondere wenn die Beschichtung auf einem Glassubstrat durchgeführt wird, in dem eine Verarbeitung wie ein Via-Loch durchgeführt wird und das eine mikroskopische Struktur wie eine ziemlich dünne Struktur oder eine ziemlich schmale Struktur aufweist, muss eine ausreichende Menge an Beschichtungslösung zu einem Abschnitt geführt werden, in dem die Beschichtungsbehandlung durchgeführt wird. Daher ist es bevorzugt, je nach Bedarf zu rühren, zu vibrieren, zu oszillieren, zu sprudeln oder diese Behandlungen zu kombinieren.
(Anwendungen)
Die Anwendungen der Leiterplatte gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind nicht besonders begrenzt, solange die Leiterplatte für eine Hochfrequenzvorrichtung verwendet wird.
Außerdem kann die Leiterplatte gemäß der vorliegenden Ausführungsform für die Übertragung eines Signals mit einer Frequenz von 1 GHz bis 100 GHz verwendet werden.
In 1 bilden die erste Verdrahtungsschicht 3 und die zweite Verdrahtungsschicht 4 eine Mikrostreifenleitung als Beispiel für eine Übertragungsleitung. Andere Beispiele für die Übertragungsleitung enthalten eine Streifenleitung, eine koplanare Leitung, eine Schlitzleitung, einen Wellenleiter, einen substratintegrierten Wellenleiter (SIW).
Eine Mikrostreifenleitung ist die gebräuchlichste Übertragungsleitung. Wenn es sich bei der Mikrostreifenleitung jedoch um ein Hochfrequenzband von etwa 10 GHz oder mehr handelt, erhöht sich der Verlust und die Verwendung ist kompliziert. Andererseits weist die SIW insbesondere im Hochfrequenzband relativ geringe Verluste auf, verglichen mit einer bekannten Struktur wie einer Mikrostreifenleitung. Außerdem kann die SIW nicht nur ein Durchgangsloch, sondern auch eine ausgehöhlte Struktur im Substrat aufweisen, je nach Anwendung. Die vorliegende Erfindung ist als Substrat für eine solche Übertragungsleitung geeignet.
Durch Anwendung eines geeigneten Designs auf die Leiterplatte gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann eine Funktion der Übertragungsleitung (Verdrahtung) auch eine Funktion einer passiven Vorrichtung wie eines Filters, einer Antenne, eines Duplexers und eines Diplexers aufweisen. Als eine Form eines Filters, der zu den Hochfrequenzvorrichtungen gehört, ist beispielsweise eine Konfiguration bekannt, die eine Übertragungsleitung wie einen Wellenleiter, einen SIW oder eine Mikrostreifenleitung verwendet. Darüber hinaus ist auch eine Konfiguration bekannt, bei der eine Mikrostreifenleitung für eine Antennenanwendung verwendet wird.
Darüber hinaus besteht mit steigender Frequenz ein zunehmender Bedarf an der Miniaturisierung eines Gehäuses. Weiterhin wird erwartet, dass eine Verbesserung der Hochfrequenzleistung durch die Bildung einer ausgehöhlten Struktur und dergleichen auch in einem Hochfrequenzband erforderlich ist. Daher ist die 3D-Verarbeitbarkeit in einem Hochfrequenzband erforderlich und die Leiterplatte gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann vorzugsweise für eine solche Hochfrequenzvorrichtung verwendet werden.
BEISPIELE
Nachstehend werden Beispiele beschrieben und die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Beispiele beschränkt.
Glas 1 bis Glas 9 und Glas 23 bis Glas 27 sind Arbeitsbeispiele und Glas 10 bis Glas 22 sind Vergleichsbeispiele.
(Beispiel für die Berechnung des Übertragungsverlustes)
Um den Einfluss der dielektrischen Eigenschaften eines Glassubstrats auf den Übertragungsverlust eines Hochfrequenzsignals zu bestätigen, wurde der Übertragungsverlust einer Übertragungsleitung in einem vereinfachten Modell berechnet.
Die Übertragungsleitung war eine Mikrostreifenleitung (MSL). Beispiele für eine Übertragungsleitung, die eigentlich für die 3D-Verarbeitbarkeit erforderlich ist, sind ein substratintegrierter Wellenleiter (SIW) und ein Wellenleiter. Andererseits wurde in diesem Beispiel, das sich auf lichtempfindliches Glas (Glas, das durch Ausscheidung eines Kristalls gewonnen wird, der durch Ätzen entfernt werden kann) als Substratmaterial konzentriert, der Einfluss der dielektrischen Eigenschaften des Glassubstrats auf den Übertragungsverlust bestätigt, wenn die gängigste Mikrostreifenleitung (MSL) als Übertragungsleitung verwendet wurde.
TXLINE (hergestellt von Cadence) wurde als Analysesoftware verwendet. Ein Analysemodell war wie folgt.
Eine Kupferverdrahtungsschicht, die auf einer Hauptoberfläche des Glassubstrats gebildet wurde, wurde so definiert, dass sie eine Verdrahtungsbreite aufweist (siehe Tabelle 1 bis Tabelle 4), bei der die charakteristische Impedanz der Mikrostreifenleitung 50 Ω beträgt, und der Übertragungsverlust bei 10 GHz wurde berechnet. Außerdem betrug die Dicke des Glases als dielektrische Schicht 0,125 mm und die Dicke der Kupferverdrahtung als Leiterschicht 18 µm. Die Oberflächenrauhigkeit der Kupferverdrahtungsschicht wurde so eingestellt, dass sie ausreichend glatt ist, um einen Skin-Effekt zu vermeiden. Außerdem wurden die relative Permittivität (Dk) und der dielektrische Verlusttangens (Df) des Glases bei 20°C und 10 GHz für die Berechnungsanalyse verwendet. Die relative Permittivität und der dielektrische Verlusttangens des Glases bei 10 GHz, die in dieser Berechnung verwendet wurden, sind Messwerte, die bei einer Messtemperatur von 20°C mit einem Split-Post-Dielektrikum-Resonanz-Verfahren (SPDR-Verfahren) an dem tatsächlich hergestellten Glas gemessen wurden.
Das lichtempfindliche Glas, das in dieser Berechnung verwendet wird, ist ein Glas, in dem ein Li₂SiO₃-Kristall ausgeschieden wird, und der Li₂SiO₃-Kristall kann durch Ätzen mit Flusssäure geschnitten werden.

In der Zusammensetzung jedes Glases wurde das Verhältnis von Li, Na und K als Alkaliarten in einem Bereich eingestellt, in dem der Kristall Li₂SiO₃ ausgeschieden wurde. Die berechneten Übertragungsverluste sind in Tabelle 1 bis Tabelle 4 dargestellt. 4 und 5 zeigen die Größe des Übertragungsverlustes in Abhängigkeit von der relativen Permittivität und dem dielektrischen Verlusttangens des Glassubstrats. [Tabelle 1]

	Glas 1	Glas 2	Glas 3	Glas 4	Glas 5	Glas 6	Glas 7
Dk bei 10 GHz	6,88	6,86	6,78	6,87	6,78	6,86	6,85
Df bei 10 GHz	0,0071	0,0073	0,0075	0,0076	0,0081	0,0081	0,0079
Übertragungsverlust bei 10 GHz (dB/m)	25	25	26	26	27	27	27
Breite der Verdrahtung (µm)	154	154	156	154	156	154	154

Tabelle 2

	Glas 8	Glas 9	Glas 10	Glas 11	Glas 12	Glas 13	Glas 14
Dk bei 10 GHz	6,77	6,73	6,71	7,22	7,08	6,93	6,87
Df bei 10 GHz	0,0083	0,0084	0,0110	0,0112	0,0149	0,0135	0,0107
Übertragungsverlust bei 10 GHz (dB/m)	27	27	32	33	40	37	32
Breite der Verdrahtung (µm)	156	157	157	147	150	153	154

Tabelle 3]

	Glas 15	Glas 16	Glas 17	Glas 18	Glas 19	Glas 20	Glas 21
Dk bei 10 GHz	6,93	6,72	6,92	6,90	6,53	6,27	6,76
Df bei 10 GHz	0,0097	0,0107	0,0102	0,0099	0,0118	0,0155	0,0093
Übertragungsverlust bei 10 GHz (dB/m)	30	31	31	30	33	38	29
Breite der Verdrahtung (µm)	153	157	153	153	161	167	156

Tabelle 4]

	Glas 22	Glas 23	Glas 24	Glas 25	Glas 26
Dk bei 10 GHz	6,41	7,00	6,95	6,94	6,93
Df bei 10 GHz	0,0094	0,0057	0,0065	0,0075	0,0082
Übertragungsverlust bei 10 GHz (dB/m)	28	23	24	26	27
Breite der Verdrahtung (µm)	164	151	152	152	153

4 ist ein Diagramm, in dem die relative Permittivität des Glassubstrats auf einer horizontalen Achse und der Transmissionsverlust auf einer vertikalen Achse aufgetragen sind. 5 ist ein Diagramm, in dem der dielektrische Verlusttangens des Glassubstrats auf einer horizontalen Achse und der Transmissionsverlust auf einer vertikalen Achse aufgetragen sind. Aus diesen Figuren ist ersichtlich, dass der Beitrag des dielektrischen Verlusttangens zur Verbesserung des Übertragungsverlustes größer ist als der der relativen Permittivität. Daher kann durch die Verwendung eines Glassubstrats mit einem niedrigen dielektrischen Verlusttangens eine Leiterplatte für ein Hochfrequenzvorrichtung mit geringerem Übertragungsverlust hergestellt werden.
Obwohl verschiedene Ausführungsformen vorstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben wurden, ist es unnötig zu erwähnen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf solche Beispiele beschränkt ist. Es ist für den Fachmann klar, dass verschiedene Änderungen und Modifizierungen innerhalb des Umfangs der Ansprüche konzipiert werden können, und es wird auch verstanden, dass solche Änderungen und Modifizierungen zu dem technischen Umfang der vorliegenden Erfindung gehören. Weiterhin können die in der vorstehenden Ausführungsform beschriebenen Komponenten in beliebiger Weise kombiniert werden, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen.
Die vorliegende Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2021-093784 , die am 3. Juni 2021 eingereicht wurde und deren Inhalt hier durch Bezugnahme aufgenommen wird.
Bezugszeichenliste

1: Leiterplatte
2, 21, 31: Glassubstrat
2a, 2b: Hauptoberfläche
3, 4, 30: Verdrahtungsschicht
20: hohle Struktur
22: Hohlraumabschnitt
32: ausgehöhlter Abschnitt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2010/114079 [0006]
JP 2021093784 [0124]

Claims

Leiterplatte für eine Hochfrequenzvorrichtung, umfassend: ein Glassubstrat, in dem ein Kristall ausgeschieden ist und durch Ätzen geschnitten werden kann, und das einen dielektrischen Verlusttangens bei 20°C und 10 GHz von 0,0090 oder weniger aufweist.
Leiterplatte nach Anspruch 1, wobei ein Signal mit einer Frequenz von 1 GHz bis 100 GHz übertragen wird.
Leiterplatte nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Glassubstrat mindestens eine stereoskopische Struktur von einem Durchgangsloch, einer ausgehöhlten Struktur und einer hohlen Struktur aufweist.
Leiterplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiterhin umfassend: eine Übertragungsleitung.
Leiterplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiterhin umfassend: mindestens eines von einer passiven Vorrichtung und einer aktiven Vorrichtung.
Hochfrequenzvorrichtung, umfassend die Leiterplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5.