JP2023121813A - 基板、液晶アンテナ及び高周波デバイス - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、高周波信号の誘電損失を低減することができ、かつ広い温度域で安定して使用可能な基板を提供する。【解決手段】本発明は、２０℃、１０ＧＨｚでの誘電正接（Ａ）が０．１以下であり、２０℃、３５ＧＨｚでの誘電正接（Ｂ）が０．１以下であり、かつ｛－４０～１５０℃における任意の温度、１０ＧＨｚでの誘電正接（Ｃ）／前記誘電正接（Ａ）｝で表される比が０．９９３～１．００７である基板に関する。【選択図】図２
Description
本発明は基板、並びに、該基板を有する液晶アンテナ及び高周波デバイスに関する。
携帯電話機、スマートフォン、携帯情報端末、Ｗｉ－Ｆｉ機器のような通信機器、弾性表面波（ＳＡＷ）デバイス、レーダ部品、アンテナ部品等の電子デバイスにおいては、通信容量の大容量化や通信速度の高速化等を図るために、信号周波数の高周波化が進められている。このような高周波用途の通信機器及び電子デバイスに用いられる回路基板には、一般的に樹脂基板、セラミックス基板、ガラス基板等の絶縁基板が使用されている。高周波用途の通信機器及び電子デバイスに用いられる絶縁基板には、高周波信号の質や強度等の特性を確保するために、誘電損失や導体損失等に基づく伝送損失を低減することが求められている。
また、ＩｏＴの拡がりにより様々なデバイスが通信機能を持つようになり、自動車などこれまで無線通信を行っていなかったものでも通信デバイスを搭載したいというニーズが出てきている。その為、例えば液晶アンテナの様な通信デバイスを自動車の屋根に取り付けて衛星と通信を行うといったことが考えられる（特許文献１及び２参照）。
高周波且つ大容量の通信を行う場合、広い周波数帯域で基板の誘電特性が安定していることが望ましい。しかしながら、従来の樹脂基板やガラス基板では、特にＧＨｚ帯において周波数が変化した際の誘電特性の変化量が大きく、通信デバイスの基板として使用するには不適当であった。
また、アンテナ用途に対し、これまで通信デバイスは室内での使用がメインであった。しかし、液晶アンテナ等として自動車や船舶等、広い温度域で使用するものに取り付けられる場合、温度変化の大きい過酷環境下で使用されることが考えられる。これに対し、電子デバイスに用いられてきた従来のガラス基板では、温度変化により基板の誘電特性が変わり、回路やアンテナ性能に大きな影響を与える。
上記実情に鑑み、本発明は、高周波信号の誘電損失を低減することができ、かつ広い温度域で安定して使用可能な基板、並びにそれを用いた液晶アンテナ及び高周波デバイスを提供することを目的とする。
前記課題を達成するために本発明者らが鋭意検討を行った結果、誘電正接又は比誘電率の周波数依存性を小さくし、かつ－４０～１５０℃の温度域における誘電正接又は比誘電率の差を一定範囲以内とすることにより、信号処理を行う際に、環境によらず所望の誘電特性を安定して得ることができることが分かった。これにより、赤道直下の地や寒冷の地等、様々な環境下で用いられる基板や、高周波回路用の基板等にも好適に用いることができる。
すなわち、本発明に係る基板の一態様は、２０℃、１０ＧＨｚでの誘電正接（Ａ）が０．１以下であり、２０℃、３５ＧＨｚでの誘電正接（Ｂ）が０．１以下であり、かつ｛－４０～１５０℃における任意の温度、１０ＧＨｚでの誘電正接（Ｃ）／前記誘電正接（Ａ）｝で表される比が０．９０～１．１０である。
また、本発明に係る基板の別の態様は、２０℃、１０ＧＨｚでの比誘電率（ａ）が４以上１０以下であり、２０℃、３５ＧＨｚでの比誘電率（ｂ）が４以上１０以下であり、かつ｛－４０～１５０℃における任意の温度、１０ＧＨｚでの比誘電率（ｃ）／前記比誘電率（ａ）｝で表される比が０．９９３～１．００７である。
上記基板は、液晶アンテナ又は高周波回路に用いられる。
また、本発明に係る液晶アンテナ又は高周波デバイスの一態様は、前記基板を有する。
本発明に係る基板によれば、温度変化による基板の誘電特性の変化を防ぐことができ、広い温度域で安定して高周波信号の誘電損失を低減することができることから、高性能で実用的な液晶アンテナや高周波デバイスを提供することができる。
以下、本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、任意に変形して実施することができる。また、数値範囲を示す「～」とは、その前後に記載された数値を下限値及び上限値として含む意味で使用される。
基板がガラスからなるガラス基板である場合、ガラス基板における各成分の含有率は、特に断らない限り、酸化物基準のモル百分率表示である。また「高周波」とは、周波数１０ＧＨｚ以上であることを意味し、好ましくは３０ＧＨｚ超、より好ましくは３５ＧＨｚ以上である。
基板がガラスからなるガラス基板である場合、ガラス基板における各成分の含有率は、特に断らない限り、酸化物基準のモル百分率表示である。また「高周波」とは、周波数１０ＧＨｚ以上であることを意味し、好ましくは３０ＧＨｚ超、より好ましくは３５ＧＨｚ以上である。
＜基板＞
本発明に係る基板の一態様（以下、第１態様とも略す。）は、２０℃、１０ＧＨｚでの誘電正接（Ａ）が０．１以下であり、２０℃、３５ＧＨｚでの誘電正接（Ｂ）が０．１以下であり、かつ｛－４０～１５０℃における任意の温度、１０ＧＨｚでの誘電正接（Ｃ）／前記誘電正接（Ａ）｝で表される比が０．９０～１．１０であることを特徴とする。
本発明に係る基板の一態様（以下、第１態様とも略す。）は、２０℃、１０ＧＨｚでの誘電正接（Ａ）が０．１以下であり、２０℃、３５ＧＨｚでの誘電正接（Ｂ）が０．１以下であり、かつ｛－４０～１５０℃における任意の温度、１０ＧＨｚでの誘電正接（Ｃ）／前記誘電正接（Ａ）｝で表される比が０．９０～１．１０であることを特徴とする。
また、本発明に係る基板の別の態様（以下、第２態様とも略す。）は、２０℃、１０ＧＨｚでの比誘電率（ａ）が４以上１０以下であり、２０℃、３５ＧＨｚでの比誘電率（ｂ）が４以上１０以下であり、かつ｛－４０～１５０℃における任意の温度、１０ＧＨｚでの比誘電率（ｃ）／前記比誘電率（ａ）｝で表される比が０．９９３～１．００７であることを特徴とする。
基板の比誘電率及び／又は誘電正接を小さくすることにより、高周波領域での誘電損失を低減することができる。
本発明に係る基板の第１態様は、２０℃、１０ＧＨｚにおける誘電正接（ｔａｎδ）（Ａ）が０．１以下であり、０．０５以下が好ましく、０．０１以下がより好ましく、０．００５以下がさらに好ましく、０．００３以下が特に好ましい。
本発明に係る基板の第２態様は、２０℃、１０ＧＨｚにおける誘電正接（ｔａｎδ）（Ａ）が０．１以下であることが好ましく、０．０５以下がより好ましく、０．０１以下がさらに好ましく、０．００５以下がよりさらに好ましく、０．００３以下が特に好ましい。
誘電正接（Ａ）の下限は特に制限されないが、通常０．０００１以上である。
本発明に係る基板の第１態様は、２０℃、３５ＧＨｚにおける誘電正接（Ｂ）が０．１以下であり、０．０５以下が好ましく、０．０１以下がより好ましく、０．００５以下がさらに好ましく、０．００３以下が特に好ましい。
また、本発明に係る基板の第２態様は、２０℃、３５ＧＨｚにおける誘電正接（Ｂ）が０．１以下であることが好ましく、０．０５以下がより好ましく、０．０１以下がさらに好ましく、０．００５以下がよりさらに好ましく、０．００３以下が特に好ましい。
誘電正接（Ｂ）の下限は特に制限されないが、通常０．０００１以上である。
誘電正接の値が温度により変化すると、デバイスの使用環境が変わった際に信号特性が変化し、所望の信号強度が得られなくなる。
そのため、本発明に係る基板の第１態様は、－４０～１５０℃において、任意の温度での１０ＧＨｚでの誘電正接を、２０℃、１０ＧＨｚでの誘電正接（Ａ）で割った値、すなわち｛－４０～１５０℃における任意の温度、１０ＧＨｚでの誘電正接（Ｃ）／誘電正接（Ａ）｝で表される比が０．９０～１．１０であり、１に近いほど好ましい。
また、本発明に係る基板の第２態様は、｛－４０～１５０℃における任意の温度、１０ＧＨｚでの誘電正接（Ｃ）／誘電正接（Ａ）｝で表される比が０．９０～１．１０であることが好ましく、１に近いほど好ましい。
誘電正接はガラス基板である場合にはガラスの組成等により調整することができる。誘電正接は、ＪＩＳ Ｒ１６４１（２００７年）に規定されている方法に従い、空洞共振器およびベクトルネットワークアナライザを用いて測定することができる。
｛－４０～１５０℃における任意の温度、１０ＧＨｚでの誘電正接（Ｃ）／誘電正接（Ａ）｝で表される比は、－４０～１５０℃において１０℃ごとに１０ＧＨｚでの誘電正接を測定し、その最大及び最小の値と、２０℃、１０ＧＨｚでの誘電正接（Ａ）の値との比を求めることで算出する。
本発明に係る基板の第１態様は、２０℃、１０ＧＨｚにおける比誘電率（ａ）が１０以下であることが好ましく、８以下がより好ましく、６以下がさらに好ましく、５以下がよりさらに好ましく、４．５以下が特に好ましい。本発明に係る基板の第１態様において、比誘電率（ａ）の下限は特に制限されないが、デバイスの形状を小型化できる点から４以上が好ましい。
また、本発明に係る基板の第２態様は、２０℃、１０ＧＨｚにおける比誘電率（ａ）が１０以下であり、８以下がより好ましく、６以下がさらに好ましく、５以下がよりさらに好ましく、４．５以下が特に好ましい。本発明に係る基板の第２態様において、比誘電率（ａ）の下限は、デバイスの形状を小型化できる点から４以上である。
本発明に係る基板の第１態様は、２０℃、３５ＧＨｚにおける比誘電率（ｂ）が１０以下であることが好ましく、８以下がより好ましく、６以下がさらに好ましく、５以下がよりさらに好ましく、４．５以下が特に好ましい。本発明に係る基板の第１態様において、比誘電率（ｂ）の下限は特に制限されないが、デバイスの形状を小型化できる点から４以上が好ましい。
また、本発明に係る基板の第２態様は、２０℃、３５ＧＨｚにおける比誘電率（ｂ）は１０以下であり、８以下が好ましく、６以下がより好ましく、５以下がさらに好ましく、４．５以下が特に好ましい。本発明に係る基板の第２態様において、比誘電率（ｂ）の下限は、デバイスの形状を小型化できる点から４以上である。
比誘電率の値が温度により変化すると、デバイスの使用環境が変わった際に信号特性が変化し、所望の信号強度が得られなくなる。
そのため、本発明に係る基板の第１態様は、－４０～１５０℃において、任意の温度での１０ＧＨｚでの比誘電率を、２０℃、１０ＧＨｚでの比誘電率（ａ）で割った値、すなわち｛－４０～１５０℃における任意の温度、１０ＧＨｚでの比誘電率（ｃ）／比誘電率（ａ）｝で表される比が０．９９３～１．００７であることが好ましく、１に近いほど好ましい。
また、本発明に係る基板の第２態様は、－４０～１５０℃において、任意の温度での１０ＧＨｚでの比誘電率を、２０℃、１０ＧＨｚでの比誘電率（ａ）で割った値、すなわち｛－４０～１５０℃における任意の温度、１０ＧＨｚでの比誘電率（ｃ）／比誘電率（ａ）｝で表される比が０．９９３～１．００７であり、１に近いほど好ましい。
比誘電率はガラス基板である場合にはガラスの組成等により調整することができる。比誘電率は、ＪＩＳ Ｒ１６４１（２００７年）に規定されている方法に従い、空洞共振器およびベクトルネットワークアナライザを用いて測定することができる。
また｛－４０～１５０℃における任意の温度、１０ＧＨｚでの比誘電率（ｃ）／比誘電率（ａ）｝で表される比は、誘電正接と同様、－４０～１５０℃において１０℃ごとに１０ＧＨｚでの比誘電率を測定し、その最大及び最小の値と、２０℃、１０ＧＨｚでの比誘電率（Ａ）の値との比を求めることで算出する。
基板を高周波回路に用いる場合、高周波デバイスの製造工程（ウエハプロセス）時における基板の撓み量を抑えて製造不良の発生等を抑制する点から、ヤング率は４０ＧＰａ以上が好ましく、５０ＧＰａ以上がより好ましく、５５ＧＰａ以上がさらに好ましい。
一方、ヤング率は、急激な温度差による熱応力の発生を低減させる点から７０ＧＰａ以下が好ましく、６７ＧＰａ以下がより好ましく、６４ＧＰａ以下がさらに好ましく、６０ＧＰａ以下がよりさらに好ましい。
ヤング率はガラス基板である場合には、基板となるガラスの組成によって調整することができる。なお、ヤング率はＪＩＳ Ｚ ２２８０（１９９３年）に規定されている方法に従い、超音波パルス法により測定することができる。
基板を用いて高周波デバイスとして半導体パッケージ等を構成する際に、他部材との熱膨張係数差をより適切に調整しやすくする点から、５０～３５０℃における平均熱膨張係数は３～１５ｐｐｍ／℃が好ましい。これにより、例えば、高周波用途の２．５Ｄや３Ｄ（三次元）実装タイプのガラス貫通配線基板（ＴＧＶ基板）を構成する際に、半導体チップ等の他部材との熱膨張係数差をより適切に調整することができる。
熱膨張係数はガラス基板である場合には、ガラスの組成の中でも特にアルカリ金属酸化物やアルカリ土類金属酸化物の含有量によって調整することができる。なお、５０～３５０℃における平均熱膨張係数は、ＪＩＳ Ｒ３１０２（１９９５年）に規定されている方法に従い、示差熱膨張計を用いて測定することができる。
基板の主面は、当該基板を例えば高周波回路に用いる際には配線層が形成される面であり、当該主面のうち、少なくとも一方の主面の表面粗さは、算術平均粗さＲａの値として１．５ｎｍ以下とすることが、３０ＧＨｚを超えるような高周波領域であっても、表皮効果が生じた配線層に対して当該表皮抵抗を低下させることができ、これにより導体損失が低減されることから好ましい。基板の主面の算術平均粗さＲａは、１．０ｎｍ以下がより好ましく、０．５ｎｍ以下がさらに好ましい。主面の表面粗さは、必要に応じて主面の表面に研磨処理等を施すことにより実現することができる。
基板がガラス基板である場合、研磨処理には、例えば酸化セリウムやコロイダルシリカ等を主成分とする研磨剤、および研磨パッドを用いた機械的研磨、研磨剤、酸性液またはアルカリ性液を分散媒とする研磨スラリー、および研磨パッドを用いた化学機械的研磨、酸性液またはアルカリ性液をエッチング液として用いた化学的研磨等を適用することができる。これら研磨処理は、ガラス基板の素材となるガラス板の表面粗さに応じて適用され、例えば予備研磨と仕上げ研磨とを組み合わせて適用してもよい。
基板の大きさや形状は特に限定されるものではないが、例えばデバイス作製工程で大型のデバイス作製や、同一基板内に多数のデバイスを作製する場合等においては、少なくとも一方の主面の最長部分が１０ｃｍ以上であり、最短部分が５ｃｍ以上であることが好ましい。
また、少なくとも一方の主面の面積が５０ｃｍ２以上であることが液晶アンテナ等のデバイス製造の面では検出感度向上の点から、高周波デバイス製造の面では実装プロセスを簡略化できる点から好ましく、１００ｃｍ２以上がより好ましく、２２５ｃｍ２以上がさらに好ましい。また、１０００００ｃｍ２以下であることが基板のハンドリングの容易性の点から好ましく、１００００ｃｍ２以下がより好ましく、３６００ｃｍ２以下がさらに好ましい。
基板の厚さは０．０５ｍｍ以上であることが基板の流動時における強度等を維持する点から好ましく、０．１ｍｍ以上がより好ましく、０．２ｍｍ超がさらに好ましい。基板を厚くすることで、紫外線遮蔽能を高くし、紫外線で劣化する樹脂を保護することも可能となる。
一方、高周波回路を用いた高周波デバイスや液晶アンテナの薄型化や小型化、生産効率の向上等の点から２ｍｍ以下が好ましく、１．０ｍｍ以下がより好ましく、０．７ｍｍ以下がさらに好ましく、０．５ｍｍ以下がよりさらに好ましい。基板を薄くすることで、紫外線透過率を上げ、デバイスやアンテナ等の製造工程において紫外線硬化材料を使用して製造性を高めることも可能となる。
基板の気孔率は、高周波デバイスを作製した際のノイズ発生等を抑制することができる点から０．１％以下が好ましく、０．０１％以下がより好ましく、０．００１％以下がさらに好ましい。また、液晶アンテナの観点からは表面への開気孔の露出による配線不良の発生の抑制のため０．０００１％以下が好ましい。
気孔率は、基板中に含まれる気泡を光学顕微鏡により観察し、気泡の個数ならびに直径を求めて、単位体積当たりに含まれる気泡の体積を計算することにより求めることができる。
基板の波長３５０ｎｍの光の透過率は、高周波デバイスやアンテナ等の製造工程における積層工程等で紫外線硬化型材料を使用することができ、製造性を高めることができることから５０％以上が好ましい。さらに、デバイスやアンテナ等の製造工程において紫外線硬化型材料に対する紫外線の照射時間を短くし、厚み方向の紫外線硬化型材料の硬化ムラを低減するために、７０％以上がより好ましい。
上記と同様の理由で、基板の波長３００ｎｍの光の透過率は５０％以上が好ましく、６０％以上がより好ましく、７０％以上がさらに好ましい。また、波長２５０ｎｍの光の透過率は５％以上が好ましく、１０％以上がより好ましく、２０％以上がさらに好ましい。
一方、デバイスやアンテナ等において紫外線で劣化する樹脂を部材として用いる場合に、基板に紫外線遮蔽能を持たせて保護材としての機能を付与する点からは、波長３５０ｎｍの光の透過率は８０％以下が好ましく、６０％以下がより好ましく、３０％以下がさらにより好ましく、１０％以下が最も好ましい。
上記と同様の理由で、基板の波長３００ｎｍの光の透過率は８０％以下が好ましく、６０％以下がより好ましく、３０％以下がさらに好ましく、１０％以下がよりさらに好ましい。また、波長２５０ｍの光の透過率は６０％以下が好ましく、３０％以下がより好ましく、１０％以下がさらに好ましく、５％以下がよりさらに好ましい。
なお、基板の各波長の光の透過率は、可視紫外分光光度計を用いて測定することができ、反射による損失を含んだ外部透過率を用いる。
本発明の基板は、上記特性を有するものであれば基板の種類には特に限定されず、樹脂基板、セラミックス基板、ガラス基板のいずれをも含み得る。ガラス基板としては、非晶質であり、ガラス転移を示す非金属の無機固体からなる基板であればよく、酸化物ガラスからなる基板がより好ましい。なお、ガラスと結晶体の混合物である結晶化ガラスや、結晶質フィラーを含有するガラス焼結体は含まない。なお、ガラスの結晶性については、例えば、Ｘ線回折測定を行い、明確な回折ピークが認められないことにより、非晶質であることを確認することができる
基板がガラス基板である場合、ガラス基板のβ－ＯＨ値は０．０５～０．８ｍｍ－１であることが好ましい。β－ＯＨ値とは、ガラスの水分含有量の指標として用いられる値であり、ガラス基板の波長２．７５～２．９５μｍの光に対する吸光度を測定し、その最大値βｍａｘを基板の厚さ（ｍｍ）で割ることにより求められる値である。
β－ＯＨ値は０．８ｍｍ－１以下とすることによって、基板の低誘電損失性をさらに向上させることができることから好ましく、０．６ｍｍ－１以下がより好ましく、０．５ｍｍ－１以下がさらに好ましく、０．４ｍｍ－１以下がよりさらに好ましい。
一方、β－ＯＨ値を０．０５ｍｍ－１以上とすることにより、極端な乾燥雰囲気での溶解や原料中の水分量を極端に減少させる必要がなく、ガラスの生産性や泡品質等を高めることができるため好ましい。β－ＯＨ値は０．１ｍｍ－１以上がより好ましく、０．２ｍｍ－１以上がさらに好ましい。β－ＯＨ値は基板におけるガラスの組成や原料の選択により調整することができる。
ガラス基板の失透温度は、１４００℃以下であることが好ましい。失透温度が１４００℃以下であると、ガラスを成形する際に、成形設備の部材温度を低くすることができ、部材寿命を延ばすことができる。失透温度は１３５０℃以下がより好ましく、１３３０℃以下がさらに好ましく、１３００℃以下が特に好ましい。
ガラスの失透温度とは、白金製の皿に粉砕されたガラス粒子を入れ、一定温度に制御された電気炉中で１７時間熱処理を行い、熱処理後の試料の光学顕微鏡観察によって、ガラスの表面または内部に結晶が析出する最高温度と結晶が析出しない最低温度との平均値である。
基板の製造方法の詳細については後述するが、ガラス基板である場合には、ガラス原料を溶融および硬化させることにより形成される。基板の製造方法は特に限定されるものではないが、例えば、一般的な溶融ガラスをフロート法により所定の板厚に成形し、徐冷後に所望形状に切断して板ガラスを得る方法等を適用することができる。
以下、ガラス基板におけるガラスの組成について説明する。なお、本明細書において「実質的に含有しない」とは、原料等から混入する不可避的不純物以外には含有しないこと、すなわち、意図的に含有させないことを意味し、概ね０．１モル％以下であるが、これに限定されるものではない。
ガラスは、ＳｉＯ２を主成分とすることが好ましい。本明細書において、「主成分とする」とは、酸化物基準のモル％における成分の割合において、ＳｉＯ２の含有量が最大であることをいう。ＳｉＯ２はネットワーク形成物質であり、その含有量は、ガラス形成能や耐候性を良好にすることができ、また失透を抑制することができることから４０％以上がより好ましく、４５％以上がさらに好ましく、５０％以上がよりさらに好ましく、５５％以上が特に好ましい。一方、ガラスの溶解性を良好にする点から７５％以下が好ましく、７４％以下がより好ましく、７３％以下がさらに好ましく、７２％以下がよりさらに好ましい。
Ａｌ２Ｏ３及びＢ２Ｏ３の合計の含有量（Ａｌ２Ｏ３の含有量が０の場合を含む）は、ガラスの溶解性等を高めることができることから１％以上が好ましく、３％以上がより好ましく、５％以上がさらに好ましく、７％以上がよりさらに好ましい。また、ガラスの溶解性等を維持しつつ、基板の低誘電損失性を高めることができることから、Ａｌ２Ｏ３及びＢ２Ｏ３の合計含有量は４０％以下が好ましく、３７％以下がより好ましく、３５％以下がさらに好ましく、３３％以下がよりさらに好ましい。
また、｛Ａｌ２Ｏ３／（Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３）｝で表される含有量のモル比は、ガラス基板の低誘電損失性を高めることができることから０．４５以下が好ましく、０．４以下がより好ましく、０．３以下がさらに好ましい。また、｛Ａｌ２Ｏ３／（Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３）｝で表される含有量のモル比は０以上（０を含む）が好ましく、０．０１以上がより好ましく、０．０５以上がさらに好ましい。
Ａｌ２Ｏ３の含有量は、ガラスの溶解性等を良好にすることができることから１５％以下が好ましく、１４％以下がより好ましく、１０％以下がさらに好ましい。また、耐候性の向上、ガラスの分相性の抑制及び熱膨張係数の低下等に効果を発揮する成分であることから、Ａｌ２Ｏ３を含まなくてもよいが、含む場合の含有量は０．５％以上がより好ましい。
Ｂ２Ｏ３の含有量は、耐酸性や歪点を良好にすることができることから３０％以下が好ましく、２８％以下がより好ましく、２６％以下がさらに好ましく、２４％以下がよりさらに好ましく、２３％以下が特に好ましい。また、溶解反応性の向上及び失透温度の低下等に効果を発揮する成分であることから、Ｂ２Ｏ３の含有量は９％以上が好ましく、１３％以上がより好ましく、１６％以上がさらに好ましい。
アルカリ土類金属酸化物としては、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯが挙げられ、これらはいずれもガラスの溶解反応性を高める成分として機能する。このようなアルカリ土類金属酸化物の合計含有量はガラス基板の低誘電損失性を高めることができることから１３％以下が好ましく、１１％以下がより好ましく、１０％以下がさらに好ましく、８％以下がよりさらに好ましく、６％以下が特に好ましい。また、ガラスの溶解性を良好に保つことができる点から、アルカリ土類金属酸化物の合計含有量は０．１％以上が好ましく、３％以上がより好ましく、５％以上がさらに好ましい。
ＭｇＯは必須成分ではないが、比重を上げずにヤング率を上げることが可能な成分である。つまり、ＭｇＯは、比弾性率を高くできる成分であり、ＭｇＯを含有させることによりたわみの問題を軽減でき、破壊靱性値を向上させてガラス強度を上げることができる。また、ＭｇＯは溶解性も向上させる成分である。ＭｇＯは必須成分ではないが、ＭｇＯを含有させる効果を十分得ることができ、かつ熱膨張係数が低くなりすぎるのを抑えることができることから、その含有量は０．１％以上が好ましく、１％以上がより好ましく、３％以上がさらに好ましい。一方、失透温度の上昇を抑える点から、ＭｇＯの含有量は１３％以下が好ましく、１１％以下がより好ましく、９％以下がさらに好ましい。
ＣａＯは、アルカリ土類金属中ではＭｇＯに次いで比弾性率を高くし、かつ歪点を過大には低下させないという特徴を有し、ＭｇＯと同様に溶解性も向上させる成分である。さらに、ＭｇＯと比べて失透温度を高くしにくいという特徴も有する成分である。ＣａＯは必須成分ではないが、ＣａＯを含有させる効果を十分に得ることができることから、その含有量は０．１％以上が好ましく、１％以上がより好ましく、３％以上がさらに好ましい。また、平均熱膨張係数が高くなりすぎず、かつ失透温度の上昇を抑えてガラスの製造時の失透を防ぐことができる点から、ＣａＯの含有量は１３％以下が好ましく、１０％以下がより好ましく、８％以下がさらに好ましい。
ＳｒＯは、ガラスの失透温度を上昇させず、溶解性を向上させる成分である。ＳｒＯは必須成分ではないが、ＳｒＯを含有させる効果を十分に得ることができることから、その含有量は０．１％以上が好ましく、０．５％以上がより好ましく、１％以上がさらに好ましく、１．５％以上がよりさらに好ましく、２％以上が特に好ましい。また、比重を大きくしすぎることなく、平均熱膨張係数が高くなりすぎることも抑えられる点から、ＳｒＯの含有量は１３％以下が好ましく、１０％以下がより好ましく、７％以下がさらに好ましく、５％以下が特に好ましい。
ＢａＯは必須成分ではないが、ガラスの失透温度を上昇させず、溶解性を向上させる成分である。しかし、ＢａＯを多く含有すると比重が大きくなり、ヤング率が下がり、比誘電率が高くなり、平均熱膨張係数が大きくなりすぎる傾向がある。そのため、ＢａＯの含有量は１０％以下が好ましく、８％以下がより好ましく、５％以下がさらに好ましく、３％以下がよりさらに好ましく、実質的に含有しないことが特に好ましい。
アルカリ金属酸化物としては、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、Ｃｓ２Ｏが挙げられる。このようなアルカリ金属酸化物の合計含有量は、ガラス基板の低誘電損失性を高める点から５％以下が好ましく、３％以下がより好ましく、１％以下がさらに好ましく、０．２％以下がよりさらに好ましく、０．１％以下が特に好ましく、０．０５％以下が最も好ましい。また、過剰な原料精製を必要とすることがなく、実用的なガラスの溶融性およびガラス基板の生産性が得られると共に、ガラス基板の熱膨張係数を調整することができることから、０．００１％以上が好ましく、０．００２％以上がより好ましく、０．００３％以上がさらに好ましく、０．００５％以上がよりさらに好ましい。
上記アルカリ金属酸化物の中でも、特にＮａ２Ｏ及びＫ２Ｏが重要となり、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏの合計含有量が０．００１～５％の範囲であることが好ましい。また、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏを共存させることでアルカリ成分の移動が抑えられるため、ガラス基板の低誘電損失性を高めることができることから好ましい。すなわち、｛Ｎａ２Ｏ／（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）｝で表される含有量のモル比は０．０１～０．９９が好ましく、０．９８以下がより好ましく、０．９５以下がさらに好ましく、０．９以下がよりさらに好ましい。一方、｛Ｎａ２Ｏ／（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）｝で表される含有量のモル比は、０．０２以上がより好ましく、０．０５以上がさらに好ましく、０．１以上がよりさらに好ましい。
上記各成分に加え、任意成分として例えば、Ｆｅ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＺｎＯ、Ｔａ２Ｏ５、ＷＯ３、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３等を含んでいてもよい。中でもＦｅ２Ｏ３は、ガラス基板の光吸収性能、例えば赤外線吸収性能や紫外線吸収性能を制御する成分であり、必要に応じてＦｅ２Ｏ３換算でのＦｅの含有量として０．０１２％以下まで含有させることができる。上記したＦｅの含有量が０．０１２％以下であれば、ガラス基板の低誘電損失性や紫外線透過率を維持することができる。Ｆｅを含有する場合には、紫外線透過率の向上のために、その含有量は０．０１％以下がより好ましく、０．００５％以下がさらに好ましい。ガラス基板の紫外線透過率を高くすることによって、高周波デバイスやアンテナ等の製造工程における積層工程等で紫外線硬化型材料を使用することができ、高周波デバイスやアンテナ等の製造性を高めることができる。
一方で、ガラス基板は、必要に応じてＦｅ２Ｏ３換算でのＦｅの含有量として０．０５％以上含有させることも、紫外線遮蔽能を高くすることができる点から好ましい。Ｆｅの含有量は０．０７％以上がより好ましく、０．１％以上がさらに好ましい。このように、ガラス基板の紫外線遮蔽能を高くすることで、紫外線で劣化する樹脂を部材として用いる場合に、ガラス基板に保護材としての機能を付与することができる。
＜基板の製造方法＞
（ガラス基板）
ガラス基板は、ガラス原料を加熱して溶融ガラスを得る溶解工程、溶融ガラスから泡を除く清澄工程、溶融ガラスを板状にしてガラスリボンを得る成形工程、およびガラスリボンを室温状態まで徐冷する徐冷工程を含む製造方法により得ることができる。また、溶融ガラスをブロック状に成形し、徐冷した後に、切断、研磨を経てガラス基板を製造してもよい。
（ガラス基板）
ガラス基板は、ガラス原料を加熱して溶融ガラスを得る溶解工程、溶融ガラスから泡を除く清澄工程、溶融ガラスを板状にしてガラスリボンを得る成形工程、およびガラスリボンを室温状態まで徐冷する徐冷工程を含む製造方法により得ることができる。また、溶融ガラスをブロック状に成形し、徐冷した後に、切断、研磨を経てガラス基板を製造してもよい。
溶解工程は、目標とするガラス基板の組成となるように原料を調製し、原料を溶解炉に連続的に投入し、好ましくは１４５０℃～１７５０℃程度に加熱して溶融ガラスを得る。
原料には酸化物、炭酸塩、硝酸塩、水酸化物、塩化物等のハロゲン化物等も使用できる。溶解や清澄工程で溶融ガラスが白金と接触する工程がある場合、微小な白金粒子が溶融ガラス中に溶出し、得られるガラス基板中に異物として混入してしまう場合があるが、硝酸塩原料の使用は白金異物の生成を防止する効果がある。
硝酸塩としては、硝酸ストロンチウム、硝酸バリウム、硝酸マグネシウム、硝酸カルシウム等を使用できる。硝酸ストロンチウムを使用することがより好ましい。原料粒度は溶け残りが生じない程度の数百μｍの大きな粒径の原料から、原料搬送時の飛散が生じない、二次粒子として凝集しない程度の数μｍ程度の小さな粒径の原料まで、適宜使用できる。なお、造粒体の使用も可能である。
原料の飛散を防ぐために原料含水量も適宜調整可能である。β－ＯＨ値、Ｆｅの酸化還元度（レドックス［Ｆｅ２＋／（Ｆｅ２＋＋Ｆｅ３＋）］）等の溶解条件も適宜調整して使用できる。
清澄工程は、上記溶解工程で得られた溶融ガラスから泡を除く工程である。清澄工程としては、減圧による脱泡法を適用してもよく、原料の溶解温度より高温とすることで脱泡してもよい。また、実施形態におけるガラス基板の製造工程においては、清澄剤としてＳＯ３やＳｎＯ２を用いることができる。
ＳＯ３源としては、Ａｌ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、及びＢａからなる群より選ばれる少なくとも１つの元素の硫酸塩が好ましく、アルカリ土類金属の硫酸塩がより好ましく、中でも、ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ、ＳｒＳＯ４及びＢａＳＯ４が、泡を大きくする作用が著しく、特に好ましい。
減圧による脱泡法における清澄剤としては、ＣｌまたはＦ等のハロゲンを使用するのが好ましい。
Ｃｌ源としては、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａからなる群より選ばれる少なくとも１つの元素の塩化物が好ましく、アルカリ土類金属の塩化物がより好ましく、中でも、中でも、ＳｒＣｌ２・６Ｈ２Ｏ、およびＢａＣｌ２・２Ｈ２Ｏが、泡を大きくする作用が著しく、かつ潮解性が小さいため、特に好ましい。
Ｆ源としては、Ａｌ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａからなる群より選ばれる少なくとも１つの元素のフッ化物が好ましく、アルカリ土類金属のフッ化物がより好ましく、中でも、ＣａＦ２がガラス原料の溶解性を大きくする作用が著しく、より好ましい。
ＳｎＯ２に代表されるスズ化合物は、ガラス融液中でＯ２ガスを発生する。ガラス融液中では、１４５０℃以上の温度でＳｎＯ２からＳｎＯに還元され、Ｏ２ガスを発生し、泡を大きく成長させる作用を有する。実施形態のガラス基板の製造時においては、ガラス原料を１４５０～１７５０℃程度に加熱して溶融するため、ガラス融液中の泡がより効果的に大きくなる。
ＳｎＯ２を清澄剤として用いる場合、原料中のスズ化合物は、前記母組成の総量１００％に対してＳｎＯ２換算で、０．０１％以上含まれるように調製する。ＳｎＯ２含有量を０．０１％以上とすることによりガラス原料の溶解時における清澄作用が得られるため好ましく、より好ましくは０．０５％以上、さらに好ましくは０．１０％以上である。一方、ＳｎＯ２含有量を０．３％以下とすることによりガラスの着色や失透の発生が抑えられることから好ましい。無アルカリガラス中のスズ化合物の含有量は、前記母組成の総量１００％に対してＳｎＯ２換算で０．２５％以下がより好ましく、０．２％以下がさらに好ましく、０．１５％以下が特に好ましい。
成形工程は、上記清澄工程で泡を除いた溶融ガラスを板状にしてガラスリボンを得る工程である。成形工程としては、溶融ガラスをスズ等の溶融金属上に流して板状にし、ガラスリボンを得るフロート法、溶融ガラスを樋状の部材から下方に流下させるオーバーフローダウンドロー法（フュージョン法）、スリットから流下させるスリットダウンドロー法等、公知のガラスを板状に成形する方法を適用することができる。
徐冷工程は、上記成形工程で得られたガラスリボンを室温状態まで制御された冷却条件にて冷却する工程である。徐冷工程としては、ガラスリボンを、成形されたガラスの徐冷点から歪点の間の温度域を、所定の平均冷却速度、Ｒ（℃／分）となるように冷却し、さらに室温状態まで所定の条件で徐冷する。徐冷したガラスリボンを切断後、ガラス基板を得る。
徐冷工程における冷却速度Ｒが大きすぎると冷却後のガラスに歪みが残りやすくなる。また、仮想温度を反映するパラメータである等価冷却速度が高くなりすぎ、その結果低誘電損失特性を得られなくなってしまう。そのため、等価冷却速度が８００℃／分以下となるようにＲを設定することが好ましい。等価冷却速度は４００℃／分以下がより好ましく、１００℃／分以下がさらに好ましく、５０℃／分以下が特に好ましい。一方、冷却速度が小さすぎると、工程の所要時間が長くなりすぎて、生産性が低くなる。そのため、０．１℃／以上となるように設定することが好ましく、０．５℃／分以上がより好ましく、１℃／分以上がさらに好ましい。
ここで、等価冷却速度の定義ならびに評価方法は以下のとおりである。
１０ｍｍ×１０ｍｍ×０．３～２．０ｍｍの直方体に加工する、対象とする組成のガラスを、赤外線加熱式電気炉を用い、歪点＋１７０℃にて５分間保持し、その後、ガラスを室温（２５℃）まで冷却する。このとき、冷却速度を１℃／分から１０００℃／分の範囲で振った複数のガラスサンプルを作製する。
精密屈折率測定装置（例えば島津デバイス社製ＫＰＲ２０００）を用いて、複数のガラスサンプルのｄ線（波長５８７．６ｎｍ）の屈折率ｎｄを測定する。測定には、Ｖブロック法や最小偏角法を用いてもよい。得られたｎｄを、前記冷却速度の対数に対してプロットすることにより、前記冷却速度に対するｎｄの検量線を得る。
次に、実際に溶解、成形、冷却等の工程を経て製造された同一組成のガラスのｎｄを、上記測定方法により測定する。得られたｎｄに対応する対応冷却速度（本実施形態において等価冷却速度という）を、前記検量線より求める。
また、ガラス基板の製造方法において、製造時のガラス融液の搬送管中のいずれかの部分において十分撹拌し、板成形後の徐冷時に温度分布を小さくすることにより、２０℃、１０ＧＨｚでの誘電正接及び比誘電率の面内変動幅をより小さくすることができることから好ましい。
以上、ガラス基板の製造方法について述べたが、製造方法は上記実施形態に限定されず、本発明の目的を達成できる範囲での変形や改良等は本発明に含まれる。例えば、本発明のガラス基板を製造する場合、溶融ガラスを直接板状に成形するプレス成形法にてガラスを板状にしてもよい。
また、本発明のガラス基板を製造する場合、耐火物製の溶解槽を使用する製造方法に加えて、白金または白金を主成分とする合金製の坩堝（以下、白金坩堝と呼ぶ）を溶解槽または清澄槽に用いてもよい。白金坩堝を用いた場合、溶解工程は、得られるガラス基板の組成となるように原料を調製し、原料を入れた白金坩堝を電気炉にて加熱し、好ましくは１４５０℃～１７００℃程度に加熱する。白金スターラーを挿入し１時間～３時間撹拌して溶融ガラスを得る。
白金坩堝を用いたガラス板の製造工程における成形工程では、溶融ガラスを例えばカーボン板上や型枠中に流し出し、板状またはブロック状にする。徐冷工程は、典型的にはガラス転移点Ｔｇに対して、Ｔｇ＋５０℃程度の温度に保持した後、歪点付近まで１～１０℃／分程度で冷却し、その後は室温状態まで、歪みが残らない程度の冷却速度にて冷却する。所定の形状への切断および研磨の後、ガラス基板を得る。また、切断して得られたガラス基板を、例えばＴｇ＋５０℃程度となるように加熱した後、室温状態まで所定の冷却速度で徐冷してもよい。このようにすることで、ガラスの等価冷却温度を調節することができる。
＜高周波回路、液晶アンテナ＞
本発明の基板は、例えば携帯電話機、スマートフォン、携帯情報端末、Ｗｉ－Ｆｉ機器のような通信機器に用いられる半導体デバイスのような高周波デバイス（電子デバイス）、弾性表面波（ＳＡＷ）デバイス、レーダ送受信機のようなレーダ部品等の回路基板や、液晶アンテナのようなアンテナ部品等の基板に好適であり、特に高周波信号の誘電損失を低減することができ、かつ広い温度域で安定した特性が得られることから、高周波デバイスに用いられる高周波回路や液晶アンテナ用基板により好適である。
本発明の基板は、例えば携帯電話機、スマートフォン、携帯情報端末、Ｗｉ－Ｆｉ機器のような通信機器に用いられる半導体デバイスのような高周波デバイス（電子デバイス）、弾性表面波（ＳＡＷ）デバイス、レーダ送受信機のようなレーダ部品等の回路基板や、液晶アンテナのようなアンテナ部品等の基板に好適であり、特に高周波信号の誘電損失を低減することができ、かつ広い温度域で安定した特性が得られることから、高周波デバイスに用いられる高周波回路や液晶アンテナ用基板により好適である。
高周波回路用基板としては、中でも、高周波信号、特に３０ＧＨｚを超える高周波信号、さらには３５ＧＨｚ以上の高周波信号を扱う高周波デバイスに好適である。本発明の基板を該高周波デバイスの高周波回路用基板として用いることにより、高周波信号の伝送損失を低減して高周波信号の質や強度等の特性を向上させることができる。
また、レーザ等を用いた穴あき基板としても好適であり、先述した高周波信号の質や強度等の特性を向上させるのみならず、穴を開ける際の熱衝撃に対しても高い耐性を有する。
高周波デバイスに用いられる高周波回路の構成の一例（断面図）を図１に示すが、回路基板１は、絶縁性を有する基板２と、基板２の第１の主表面２ａに形成された第１の配線層３と、基板２の第２の主表面２ｂに形成された第２の配線層４とを備えている。第１および第２の配線層３、４は、伝送線路の一例としてマイクロストリップ線路を形成している。第１の配線層３は信号配線を構成し、第２の配線層４はグランド線を構成している。ただし、第１および第２の配線層３、４の構造はこれに限られるものではなく、また配線層は基板２のいずれか一方の主表面のみに形成されていてもよい。
第１および第２の配線層３、４は、導体で形成された層であり、その厚さは通常０．１～５０μｍ程度である。第１および第２の配線層３、４を形成する導体は、特に限定されるものではなく、例えば銅、金、銀、アルミニウム、チタン、クロム、モリブデン、タングステン、白金、ニッケル等の金属、それらの金属を少なくとも１つ含む合金や金属化合物等が用いられる。
第１および第２の配線層３、４の構造は、一層構造に限らず、例えばチタン層と銅層との積層構造のような複数層構造を有していてもよい。第１および第２の配線層３、４の形成方法は、特に限定されるものではなく、例えば導体ペーストを用いた印刷法、ディップ法、メッキ法、蒸着法、スパッタ等の各種公知の形成方法を適用することができる。
本発明の基板を高周波回路に用いることによって、回路基板の高周波における伝送損失を低減することができる。具体的には、例えば周波数３５ＧＨｚにおける伝送損失を好ましくは１ｄＢ／ｃｍ以下、より好ましくは０．５ｄＢ／ｃｍ以下まで低減することができる。従って、高周波信号、特に３０ＧＨｚを超える高周波信号、さらには３５ＧＨｚ以上の高周波信号の質や強度等の特性が維持されるため、そのような高周波信号を扱う高周波デバイスに好適な基板および回路基板を提供することができる。これにより、高周波信号を扱う高周波デバイスの特性や品質を向上させることができる。
さらに、本発明の基板は広い温度域で安定した特性が得られることから、熱地や寒冷の地、さらには砂漠のような温度変化の激しい地域等で用いられる高周波デバイスにも好適に用いることができる。
また、高周波回路基板には、ユニバーサル基板や穴あき基板等と呼ばれる基板があり、例えば、母材の絶縁板に規則的なパターン（格子状等）の貫通孔と銅箔のランドが形成され、数個の前記ランド間を結ぶ銅箔の配線がエッチング形成されている。当該貫通孔の形成やエッチングのためにレーザが使用され、レーザとしては、例えばエキシマレーザ、赤外レーザ、ＣＯ２レーザ、ＵＶレーザ等が挙げられる。
液晶アンテナとは液晶技術を用い、送受信する電波の方向を制御可能な衛星通信用アンテナであり、主に船舶や飛行機、自動車等といった乗り物に好適に用いられる。液晶アンテナは主に屋外での使用が想定されることから、広い温度域での安定した特性が求められる。広い温度域とは例えば、地上と上空の温度差や、砂漠における昼夜の温度差、灼熱の砂漠中のスコール、熱地での使用、寒冷の地での使用等が挙げられる。
本発明の基板は、上述したような広い温度域でも安定した特性を供給できるため、液晶アンテナに用いることも好ましい。
本発明の基板は、上述したような広い温度域でも安定した特性を供給できるため、液晶アンテナに用いることも好ましい。
以下に実施例を挙げ、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されない。
［例１～２６］
表１～４に示す組成を有し、厚さが０．５～１０ｍｍ、形状が５０×５０ｍｍのガラス基板を用意した。ガラス基板は、白金坩堝を用いた溶融法にて作製した。ガラスとして１ｋｇとなるように珪砂等の原料を混合し、バッチを調合した。該目標組成の原料１００％に対し、酸化物基準の質量百分率表示で、硫酸塩をＳＯ３換算で０．１％～１％、Ｆを０．１６％、Ｃｌを１％添加した。
表１～４に示す組成を有し、厚さが０．５～１０ｍｍ、形状が５０×５０ｍｍのガラス基板を用意した。ガラス基板は、白金坩堝を用いた溶融法にて作製した。ガラスとして１ｋｇとなるように珪砂等の原料を混合し、バッチを調合した。該目標組成の原料１００％に対し、酸化物基準の質量百分率表示で、硫酸塩をＳＯ３換算で０．１％～１％、Ｆを０．１６％、Ｃｌを１％添加した。
原料を白金坩堝に入れ、電気炉中にて１６５０℃の温度で３時間加熱して溶融し、溶融ガラスとした。溶融にあたっては、白金坩堝に白金スターラーを挿入して１時間撹拌し、ガラスの均質化を行った。溶融ガラスをカーボン板上に流し出し、板状に成形した後、板状のガラスをＴｇ＋５０℃程度の温度の電気炉に入れ、１時間保持した後、冷却速度１℃／分でＴｇ－１００℃まで電気炉を降温させ、その後ガラスが室温になるまで放冷した。その後、切断、研磨加工によりガラスを板状に成形した。
また、端面は面取り装置により（Ｃ／Ｒ）面取りを行った。ガラス板の面取り装置としては、日本国特開２００８－４９４４９号公報に記載の装置が例示され、これは、回転砥石を使ってガラス板の端部を面取りする装置である。回転砥石としては、レジンボンド又はメタルボンドの何れであってもよい。砥石に使われる砥粒としては、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、軽石、又はガーネット等の何れか一種、又はこれらの組み合わせが例示される。
なお、表１～４において、ＲＯ合計量＊１とはアルカリ土類金属の酸化物の合計（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）の含有量を表し、Ｒ２Ｏ合計量＊２とはアルカリ金属の酸化物の合計（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）の含有量を表す。
［例２７、２８］
ポリイミド樹脂（カプトンＨ（東レデュポン社製）、Ｕｐｉｌｅｘ Ｓ５０（宇部興産社製））からなる樹脂基板を作製した。
ポリイミド樹脂（カプトンＨ（東レデュポン社製）、Ｕｐｉｌｅｘ Ｓ５０（宇部興産社製））からなる樹脂基板を作製した。
得られた基板について、３５ＧＨｚおける誘電正接（２０℃）、１０ＧＨｚにおける誘電正接（－４０～１５０℃）、３５ＧＨｚにおける比誘電率（２０℃）、１０ＧＨｚにおける比誘電率（－４０～１５０℃）、５０～３５０℃における平均熱膨張係数、ヤング率、気孔率、波長３５０ｎｍの光の透過率、β－ＯＨ値、密度、比弾性率、失透温度をそれぞれ測定した。
結果を表５～９に示す。なお、表中の括弧書きした値は、計算により求めたものであり、－とは未測定であることを意味する。
以下に各物性の測定方法を示す。
（比誘電率、誘電正接）
ＪＩＳ Ｒ１６４１（２００７年）に規定されている方法に従い、空洞共振器およびベクトルネットワークアナライザを用いて測定した。測定周波数は空洞共振器の空気の共振周波数である３５ＧＨｚ及び１０ＧＨｚとした。サンプル形状は、３５ＧＨｚにおいては４０ｍｍ□×板厚０．３～０．４ｍｍの平板状、１０ＧＨｚにおいては３ｍｍ×６０ｍｍ×板厚０．４～０．６ｍｍの短冊状のものを用いた。空洞共振器を恒温槽内に設置して測定温度の調整を行った。測定温度は３５ＧＨｚにおいては２０℃とし、１０ＧＨｚにおいては－４０～１５０℃の範囲を１０℃きざみで測定した。また、樹脂基板である例２７及び２８については、吸湿の影響を除外する為、１２０℃２時間保持の除湿作業の後、乾燥容器に保管してから温度測定を実施した。
ＪＩＳ Ｒ１６４１（２００７年）に規定されている方法に従い、空洞共振器およびベクトルネットワークアナライザを用いて測定した。測定周波数は空洞共振器の空気の共振周波数である３５ＧＨｚ及び１０ＧＨｚとした。サンプル形状は、３５ＧＨｚにおいては４０ｍｍ□×板厚０．３～０．４ｍｍの平板状、１０ＧＨｚにおいては３ｍｍ×６０ｍｍ×板厚０．４～０．６ｍｍの短冊状のものを用いた。空洞共振器を恒温槽内に設置して測定温度の調整を行った。測定温度は３５ＧＨｚにおいては２０℃とし、１０ＧＨｚにおいては－４０～１５０℃の範囲を１０℃きざみで測定した。また、樹脂基板である例２７及び２８については、吸湿の影響を除外する為、１２０℃２時間保持の除湿作業の後、乾燥容器に保管してから温度測定を実施した。
表５～８における「誘電正接＠１０ＧＨｚ」及び「比誘電正接＠１０ＧＨｚ」は２０℃における測定値を示す。また、図２（ａ）に、－４０～１５０℃の範囲において１０℃きざみで測定した１０ＧＨｚでの誘電正接の値を２０℃、１０ＧＨｚにおける誘電正接の値で除した値をプロットし、誘電正接の温度依存性を評価した結果を示す。図２（ｂ）に、－４０～１５０℃の範囲において１０℃きざみで測定した１０ＧＨｚでの比誘電率の値を２０℃、１０ＧＨｚにおける比誘電率の値で除した値をプロットし、比誘電率の温度依存性を評価した結果を示す。
（平均熱膨張係数）
ＪＩＳ Ｒ３１０２（１９９５年）に規定されている方法に従い、示差熱膨張計を用いて測定した。測定温度範囲は５０～３５０℃で、単位をｐｐｍ／℃として表した。
ＪＩＳ Ｒ３１０２（１９９５年）に規定されている方法に従い、示差熱膨張計を用いて測定した。測定温度範囲は５０～３５０℃で、単位をｐｐｍ／℃として表した。
（ヤング率）
ＪＩＳ Ｚ ２２８０に規定されている方法に従い、厚さ０．５～１０ｍｍのガラスについて、超音波パルス法により測定した。単位をＧＰａとして表した。
ＪＩＳ Ｚ ２２８０に規定されている方法に従い、厚さ０．５～１０ｍｍのガラスについて、超音波パルス法により測定した。単位をＧＰａとして表した。
（気孔率）
ガラス基板中に含まれる気泡を光学顕微鏡により観察し、気泡の個数ならびに直径を求めて、単位体積当たりに含まれる気泡の体積を計算することにより求めた。
ガラス基板中に含まれる気泡を光学顕微鏡により観察し、気泡の個数ならびに直径を求めて、単位体積当たりに含まれる気泡の体積を計算することにより求めた。
（透過率）
可視紫外分光光度計を用いて、所定の厚みの鏡面研磨されたガラスの透過率を測定した。透過率は、反射による損失を含んだ外部透過率とし、ガラス厚みを０．３～０．４ｍｍに換算した値として表した。
可視紫外分光光度計を用いて、所定の厚みの鏡面研磨されたガラスの透過率を測定した。透過率は、反射による損失を含んだ外部透過率とし、ガラス厚みを０．３～０．４ｍｍに換算した値として表した。
（β－ＯＨ値）
上記実施形態に記載の方法で求めた。単位はｍｍ－１として表した。
上記実施形態に記載の方法で求めた。単位はｍｍ－１として表した。
（密度）
泡を含まない約２０ｇのガラス塊の密度をアルキメデス法によって測定し、単位をｇ／ｃｍ３として表した。
泡を含まない約２０ｇのガラス塊の密度をアルキメデス法によって測定し、単位をｇ／ｃｍ３として表した。
（失透温度）
白金製皿に粉砕されたガラス粒子を入れ、一定温度に制御された電気炉中で１７時間熱処理を行い、熱処理後の試料の光学顕微鏡観察によって、ガラスの内部に結晶が析出する最高温度と結晶が析出しない最低温度との平均値とした。
白金製皿に粉砕されたガラス粒子を入れ、一定温度に制御された電気炉中で１７時間熱処理を行い、熱処理後の試料の光学顕微鏡観察によって、ガラスの内部に結晶が析出する最高温度と結晶が析出しない最低温度との平均値とした。
（比弾性率）
比弾性率は密度とヤング率の測定を用いて計算により求め、単位はＧＰａ・ｃｍ３／ｇとして表した。
比弾性率は密度とヤング率の測定を用いて計算により求め、単位はＧＰａ・ｃｍ３／ｇとして表した。
図２（ａ）に示すように、［－４０～１５０℃における各温度、１０ＧＨｚでの誘電正接］を［２０℃、１０ＧＨｚでの誘電正接］で除した値が、例４は０．９３～１．０６、例６は０．９９～１．００、例２７は０．９８～１．１３、例２８は０．８５～１．２０であった。本発明に係る第１態様の実施例である例４及び例６は、比較例である例２７及び２８と比較して、１０ＧＨｚにおける誘電正接の温度依存性が小さかった。
また、図２（ｂ）に示すように、［－４０～１５０℃における各温度、１０ＧＨｚでの比誘電率］を［２０℃、１０ＧＨｚでの比誘電率］で除した値が、例４は０．９９８～１．００６、例６は０．９９４～１．０１３、例２７は０．９９２～１．００５、例２８は０．９８８～１．００１であった。本発明に係る第２態様の実施例である例４は、比較例である例６、例２７及び２８と比較して、１０ＧＨｚにおける比誘電率の温度依存性が小さかった。
本発明の基板は、１０ＧＨｚにおける比誘電率および／または誘電正接の温度依存性が小さく、また、３５ＧＨｚにおける誘電正接の値も小さいため、低誘電正接を必要とする高周波デバイス用基板や液晶アンテナ基板として、温度変化が大きい環境下において使用しても、誘電特性の変化が小さいため、安定した性能を発揮することができる。
本発明を特定の態様を参照して詳細に説明したが、本発明の精神と範囲を離れることなく様々な変更および修正が可能であることは、当業者にとって明らかである。なお、本出願は、２０１８年３月２０日付けで出願された日本特許出願（特願２０１８－５３０８１）に基づいており、その全体が引用により援用される。また、ここに引用されるすべての参照は全体として取り込まれる。
本発明の基板は、高周波信号の誘電損失性に優れており、広い温度域で安定した特性を示す。そのため、当該基板を用いた回路基板は、高周波信号の伝送損失性に優れ、またあらゆる環境下で使用することが可能である。
このような基板および回路基板は、１０ＧＨｚを超えるような高周波信号、特に３０ＧＨｚを超える高周波信号、さらには３５ＧＨｚ以上の高周波信号を扱う高周波電子デバイス全般や、温度変化の大きい環境下で用いられる液晶アンテナ等の部材として非常に有用である。
１ 回路基板
２ 基板
２ａ 第１の主表面
２ｂ 第２の主表面
３ 第１の配線層
４ 第２の配線層
２ 基板
２ａ 第１の主表面
２ｂ 第２の主表面
３ 第１の配線層
４ 第２の配線層
Claims (19)
- ２０℃、１０ＧＨｚでの誘電正接（Ａ）が０．１以下であり、
２０℃、３５ＧＨｚでの誘電正接（Ｂ）が０．１以下であり、かつ
｛－４０～１５０℃における任意の温度、１０ＧＨｚでの誘電正接（Ｃ）／前記誘電正接（Ａ）｝で表される比が０．９０～１．１０である基板。 - ２０℃、１０ＧＨｚでの比誘電率（ａ）が４以上１０以下であり、
２０℃、３５ＧＨｚでの比誘電率（ｂ）が４以上１０以下であり、かつ
｛－４０～１５０℃における任意の温度、１０ＧＨｚでの比誘電率（ｃ）／前記比誘電率（ａ）｝で表される比が０．９９３～１．００７である基板。 - 少なくとも一方の主面の最長部分が１０ｃｍ以上であり、最短部分が５ｃｍ以上である請求項１又は２に記載の基板。
- 厚さが０．０５～２ｍｍである請求項１～３のいずれか１項に記載の基板。
- ５０～３５０℃における平均熱膨張係数が３～１５ｐｐｍ／℃である請求項１～４のいずれか１項に記載の基板。
- ヤング率が４０ＧＰａ以上である請求項１～５のいずれか１項に記載の基板。
- ヤング率が７０ＧＰａ以下である請求項１～６のいずれか１項に記載の基板。
- 気孔率が０．１％以下である請求項１～７のいずれか１項に記載の基板。
- 波長３５０ｎｍの光の透過率が５０％以上である請求項１～８のいずれか１項に記載の基板。
- 酸化物ガラスからなる請求項１～９のいずれか１項に記載の基板。
- β－ＯＨ値が０．０５～０．８ｍｍ－１である請求項１０に記載の基板。
- ＳｉＯ２を主成分とし、
酸化物基準のモル百分率表示で、
Ａｌ２Ｏ３及びＢ２Ｏ３を合計で１～４０％含有し、
｛Ａｌ２Ｏ３／（Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３）｝で表される含有量のモル比が０～０．４５であり、かつ
アルカリ土類金属酸化物を合計で０．１～１３％含有する、請求項１０又は１１に記載の基板。 - 酸化物基準のモル百分率表示で、アルカリ金属酸化物を合計で０．００１～５％含有する請求項１０～１２のいずれか１項に記載の基板。
- 前記アルカリ金属酸化物のうち、｛Ｎａ２Ｏ／（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）｝で表される含有量のモル比が０．０１～０．９９である請求項１３に記載の基板。
- 酸化物基準のモル百分率表示で、Ａｌ２Ｏ３を０～１０％及びＢ２Ｏ３を９～３０％含有する請求項１０～１４のいずれか１項に記載の基板。
- 酸化物基準のモル百分率表示で、ＦｅをＦｅ２Ｏ３換算で０～０．０１２％含有する請求項１０～１５のいずれか１項に記載の基板。
- 液晶アンテナ又は高周波回路に用いられる請求項１～１６のいずれか１項に記載の基板。
- 請求項１～１６のいずれか１項に記載の基板を有する液晶アンテナ。
- 請求項１～１６のいずれか１項に記載の基板を有する高周波デバイス。
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