JPH10190346A - Ceramic plane antenna - Google Patents
Ceramic plane antennaInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、主にマイクロ波及
びミリ波用に用いる平面アンテナに関するもので、特に
用いる誘電体がセラミックスで構成され、同時焼成の技
術により製造されるアンテナに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a planar antenna used mainly for microwaves and millimeter waves, and more particularly to an antenna manufactured by a co-firing technique in which a dielectric used is made of ceramics. .
【０００２】[0002]
【従来技術】近年、マイクロ波およびミリ波用に様々な
アンテナが提案されている。特に、平面型のアンテナは
薄く、基板を積層して容易に作製できるため数多く提案
されている。またアンテナを形成する誘電体としては、
セラミックス等の高誘電率材料を用いることにより小型
のアンテナを作製することができる。2. Description of the Related Art In recent years, various antennas for microwaves and millimeter waves have been proposed. In particular, many planar antennas have been proposed because they are thin and can be easily manufactured by stacking substrates. Also, as a dielectric material forming the antenna,
By using a high dielectric constant material such as ceramics, a small antenna can be manufactured.
【０００３】一般的に、誘電体としてセラミックスを用
いたセラミック平面アンテナは、まずセラミック粉末を
用いてドクターブレード法や圧延法によってシート状成
形体（グリーンシート）を作製する。次に、このグリー
ンシートに必要に応じマイクロドリルなどによりスルー
ホールやビアホールを形成してメタライズインクを充填
する。そして、最上層のグリーンシートに対して、スロ
ットまたはパッチ等の放射パターンをメタライズインク
でスクリーン印刷等により印刷形成する。また、最上層
の下部層のグリーンシートには、グランド層や放射用メ
タライズ層に対して電力を給電するための給電用メタラ
イズ層用の給電パターン等をメタライズインクでスクリ
ーン印刷する。その後、これら各層を位置合わせして密
着積層した後、所定の温度で同時焼成することによりセ
ラミック平面アンテナが作製される。また、個々にアン
テナとしての特性を検査した後に製品として出荷される
ことになる。In general, a ceramic planar antenna using ceramics as a dielectric material first forms a sheet-like molded product (green sheet) by a doctor blade method or a rolling method using ceramic powder. Next, through holes and via holes are formed in the green sheet by a microdrill or the like as needed, and metallized ink is filled. Then, a radiation pattern such as a slot or a patch is formed on the uppermost green sheet by screen printing or the like using metallized ink. A power supply pattern for the power supply metallization layer for supplying power to the ground layer and the radiating metallization layer is screen-printed on the green sheet of the lowermost layer with the metallization ink. Thereafter, these layers are aligned and closely laminated, and then simultaneously fired at a predetermined temperature to produce a ceramic planar antenna. In addition, the antennas are individually inspected for their characteristics and then shipped as products.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような製
造法によると、作製されたアンテナの放射特性のバラツ
キが大きく、歩留りが非常に悪いという問題点があっ
た。具体的には、パッチアンテナの場合、共振特性の周
波数依存性が設計値とずれる、所定の周波数でアンテナ
として作用しない、また、スロットアレーアンテナの場
合はパッチアンテナと比べて周波数帯域が広いため多少
ずれてもアンテナとして作用するが、電磁波の放射ビー
ムがチルトして設計通りの方向に電磁波が放射されない
現象が発生する、等の問題があった。However, according to such a manufacturing method, there has been a problem that the radiation characteristics of the manufactured antenna vary greatly and the yield is very poor. Specifically, in the case of a patch antenna, the frequency dependence of resonance characteristics deviates from a design value, does not act as an antenna at a predetermined frequency, and in the case of a slot array antenna, the frequency band is wider than that of a patch antenna, so that Even if it deviates, it functions as an antenna, but there is a problem that the radiation beam of the electromagnetic wave is tilted and the electromagnetic wave is not radiated in the designed direction.
【０００５】この問題点を分析した結果、１つには、セ
ラミックスの比誘電率が樹脂等に比べ高いため、放射面
のパターンに高い精度が要求されるが、放射用メタライ
ズ層のスクリーン印刷等による印刷精度に限界があるこ
と、グリーンシートの密着積層時に伸びや変形が発生
し、高精度の積層体が得られないこと、焼成時にグリー
ンシートの収縮にバラツキがあるために、グリーンシー
ト表面のメタライズパターンにもバラツキが発生するこ
と、セラミック原料のバラツキおよび焼成雰囲気のバラ
ツキにより、セラミック誘電体の誘電特性にバラツキが
生じる、などが原因であることがわかった。As a result of analyzing this problem, one of the problems is that the relative permittivity of ceramics is higher than that of resin or the like, so that a high precision is required for the radiation surface pattern. Because there is a limit in printing accuracy due to elongation and deformation occurring during close lamination of the green sheet, it is not possible to obtain a high-precision laminate, and there is variation in shrinkage of the green sheet during firing, It has been found that variations are also caused in the metallized pattern, and variations in the dielectric properties of the ceramic dielectric occur due to variations in the ceramic raw materials and in the firing atmosphere.
【０００６】したがって、本発明の目的は、上記のよう
な問題点を解決し、放射特性のバラツキの少ない高精度
で製造歩留りの高いセラミック平面アンテナを提供する
ことにある。SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems and to provide a high-precision ceramic planar antenna having a small variation in radiation characteristics and a high production yield.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】発明者は、上記の問題点
に関して検討を重ねた結果、セラミック誘電体の表面に
形成される放射用メタライズ層を、セラミック誘電体と
の同時焼成によって作製した後のエッチング処理によっ
てパターン形状を形づくることによって、上記の目的を
達成できることを見いだした。As a result of repeated studies on the above problems, the inventors have found that a radiating metallization layer formed on the surface of a ceramic dielectric is produced by simultaneous firing with a ceramic dielectric. It has been found that the above-mentioned object can be achieved by forming a pattern shape by the etching process.
【０００８】即ち、本発明のセラミック平面アンテナ
は、セラミック誘電体と、該セラミック誘電体との同時
焼成によって形成された放射用メタライズ層と、該放射
用メタライズ層に電力を供給するための給電用メタライ
ズ層とを具備するセラミック平面アンテナであって、前
記放射用メタライズ層を、同時焼成後のエッチング処理
により形成したことを特徴とするものである。That is, a ceramic planar antenna according to the present invention comprises a ceramic dielectric, a metallization layer for radiation formed by simultaneous firing of the ceramic dielectric, and a power supply for supplying power to the metallization layer for radiation. A planar ceramic antenna including a metallized layer, wherein the metallized layer for radiation is formed by an etching process after co-firing.
【０００９】本発明によれば、従来から用いられていた
セラミック多層化技術を用いて作製でき、しかも精度の
高いパターン形状の放射用メタライズ層を作製できるの
で、放射特性のバラツキがなく信頼性が高く、製造時の
歩留りの高いセラミック平面アンテナを作製することが
できる。According to the present invention, since the radiation metallization layer having a highly precise pattern shape can be produced by using the ceramic multi-layering technique which has been conventionally used, the radiation characteristics do not vary and the reliability is improved. A ceramic planar antenna that is high and has a high production yield can be manufactured.
【００１０】[0010]
【発明の実施の形態】図１に、セラミック平面アンテナ
の一般的な構造の概略図を示したものであり、特にマイ
クロ波、またはミリ波用に適用されるアンテナである。
図１によれば、セラミック誘電体１ａの表面に放射用メ
タライズ層２が被着形成され、また、セラミック誘電体
１ｂ表面には、グランド層３が内設され、さらに、セラ
ミック誘電体１ｃに給電用メタライズ層４が形成された
多層構造からなる。この給電用メタライズ層４は、グラ
ンド層３との間でマイクロストリップ線路を形成してい
る。また、放射用メタライズ層２は、グランド層３との
間でマイクロストリップアンテナを形成している。給電
用メタライズ層４と放射用メタライズ層２とは、グラン
ド層３と電気的に接触することなく、スルーホール導体
５によって電気的に接続され、これにより、放射用メタ
ライズ層２に電力が供給される。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a schematic diagram showing a general structure of a ceramic planar antenna, and particularly an antenna applied to a microwave or a millimeter wave.
According to FIG. 1, a radiation metallization layer 2 is formed on the surface of a ceramic dielectric 1a, a ground layer 3 is provided on the surface of the ceramic dielectric 1b, and power is supplied to the ceramic dielectric 1c. It has a multilayer structure in which the metallization layer 4 is formed. The power supply metallization layer 4 forms a microstrip line with the ground layer 3. The radiation metallization layer 2 forms a microstrip antenna with the ground layer 3. The power supply metallization layer 4 and the radiation metallization layer 2 are electrically connected to each other by the through-hole conductor 5 without electrically contacting the ground layer 3, whereby power is supplied to the radiation metallization layer 2. You.
【００１１】本発明によれば、図１に示すようなセラミ
ック平面アンテナを作製するにあたり、まず、セラミッ
ク誘電体１ａを形成するセラミック粉末をドクターブレ
ード法や圧延法によってシート状成形体（グリーンシー
ト）を作製する。次に、このグリーンシートにスルーホ
ール導体５の一部をなすスルーホールを形成し、そのホ
ール内にメタライズインクを充填する。セラミック誘電
体１ｂを形成するグリーンシートには、上面側にグラン
ド層３を形成すべくスクリーン印刷等の印刷手段を用い
てメタライズインクをグランド層用パターンを印刷す
る。また、スルーホール導体５の一部をなすスルーホー
ルを形成し、そのホール内にメタライズインクを充填す
る。最下層のセラミック誘電体１ｃを形成するグリーン
シートには、給電用メタライズ層４を形成すべくスクリ
ーン印刷等の印刷手段を用いてメタライズインクを給電
用メタライズ層用パターンを印刷する。According to the present invention, when manufacturing a ceramic planar antenna as shown in FIG. 1, first, ceramic powder forming a ceramic dielectric 1a is formed into a sheet-like molded product (green sheet) by a doctor blade method or a rolling method. Is prepared. Next, a through-hole forming a part of the through-hole conductor 5 is formed in the green sheet, and the hole is filled with metallized ink. On the green sheet forming the ceramic dielectric 1b, a metallized ink is printed with a ground layer pattern using a printing means such as screen printing so as to form the ground layer 3 on the upper surface side. Further, a through-hole forming a part of the through-hole conductor 5 is formed, and the hole is filled with metallized ink. On the green sheet forming the lowermost ceramic dielectric 1c, a metallizing ink and a power supply metallizing layer pattern are printed using a printing means such as screen printing in order to form the metallizing layer 4 for power supply.
【００１２】この時、セラミック誘電体１ａを形成する
最上層のグリーンシートの上面には、形成されるべき放
射用メタライズ層用パターン領域、つまり製造過程にお
ける種々の特性の変化が生じた場合に変化するパターン
形状をすべて包含し得る領域、望ましくはグリーンシー
トの上面全体にメタライズインクを塗布して表面メタラ
イズ層を形成する。そして、これら各層を密着積層して
積層体を作製した後、この積層体をメタライズインクと
グリーンシートが同時に焼成可能な温度で同時焼成す
る。At this time, on the upper surface of the uppermost green sheet for forming the ceramic dielectric 1a, a pattern region for a radiating metallization layer to be formed, that is, when various characteristics change in a manufacturing process, changes. A metallized ink is applied to a region that can include all the pattern shapes to be formed, desirably, the entire upper surface of the green sheet to form a surface metallized layer. Then, after these layers are laminated in close contact to form a laminate, the laminate is simultaneously fired at a temperature at which the metallized ink and the green sheet can be fired simultaneously.
【００１３】その後、同時焼成して作製した基板の表面
メタライズ層を放射用メタライズ層のパターンにエッチ
ングすることにより、特性に応じた高精度の放射用メタ
ライズ層を形成することができる。エッチング方法とし
ては、セラミック誘電体の全面に形成された金属層に対
して、放射用メタライズ層のパターンにレジストを印刷
した後、塩化第二鉄等により非レジスト形成部の金属層
をエッチング除去した後に、水等により洗浄してレジス
トを除去することにより、放射用メタライズ層２を形成
することができる。Thereafter, the surface metallized layer of the substrate manufactured by simultaneous firing is etched into a pattern of the metallized layer for radiation, whereby a highly accurate metallized layer for radiation according to the characteristics can be formed. As an etching method, for the metal layer formed on the entire surface of the ceramic dielectric, after printing a resist on the pattern of the radiating metallized layer, the metal layer in the non-resist forming portion was etched away with ferric chloride or the like. Thereafter, the radiation metallized layer 2 can be formed by removing the resist by washing with water or the like.
【００１４】特に、同時焼成においては、用いる誘電体
の誘電率が種々変化する場合があり、誘電率が変化する
と形成される放射用メタライズ層のパターン形状を変え
る必要がある。そこで、前記積層体の同時焼成ととも
に、誘電率評価用のセラミックグリーンシートからなる
ダミー基板を同時に焼成する。焼成後、ダミー基板の誘
電率を測定した後、この誘電率に応じた放射用メタライ
ズ層のパターン形状を決定し、そのパターン形状にエッ
チング処理することにより、実際の誘電体基板の誘電率
に応じたパターン形状を有する放射用メタライズ層を形
成することができる。In particular, in co-firing, the dielectric constant of the dielectric used may change in various ways, and it is necessary to change the pattern shape of the radiating metallized layer formed when the dielectric constant changes. Accordingly, a dummy substrate made of a ceramic green sheet for permittivity evaluation is simultaneously fired together with the simultaneous firing of the laminate. After firing, the dielectric constant of the dummy substrate is measured, the pattern shape of the radiation metallization layer is determined according to the dielectric constant, and the pattern shape is subjected to an etching process so as to correspond to the actual dielectric constant of the dielectric substrate. A radiation metallized layer having a patterned pattern can be formed.
【００１５】このようにして、放射用メタライズ層のパ
ターンを同時焼成後のエッチング処理によって形成する
ことにより、放射用メタライズ層のパターンが、スクリ
ーン印刷精度、グリーンシート積層時のずれや変形、同
時焼成時の収縮のバラツキ等に一切影響を受けることが
なく、精度の高いパターン形状の放射用メタライズ層を
作製できるので、放射特性のバラツキがなく信頼性が高
く、製造時の歩留りの高いセラミック平面アンテナを作
製することができる。また、誘電率評価用のダミー基板
により測定された誘電体基板の焼成後の正確な誘電率に
応じて、パターン形状の決定し、エッチングにより形成
することができるために、設計通りのセラミック平面ア
ンテナを作製することができる。In this way, by forming the pattern of the metallization layer for radiation by etching after the simultaneous baking, the pattern of the metallization layer for radiation has a screen printing accuracy, a shift or deformation when laminating the green sheets, and simultaneous baking. It is not affected by variations in shrinkage at all, and it is possible to produce a radiation metallization layer with a highly accurate pattern shape. Therefore, there is no variation in radiation characteristics, high reliability, and a high yield in manufacturing. Can be produced. In addition, since the pattern shape can be determined and formed by etching according to the accurate dielectric constant after firing of the dielectric substrate measured by the dummy substrate for dielectric constant evaluation, the ceramic planar antenna as designed Can be produced.
【００１６】[0016]
【実施例】図１に基づき、ガラスセラミックスからなる
セラミック誘電体（比誘電率５．６）粉末を用いてドク
ターブレード法により厚み０．２５４ｍｍのグリーンシ
ートを３層作製し、第１のシートに対して、直径０．１
ｍｍのスルーホールを形成し、ホール内にＣｕ粉末およ
び樹脂バインダーからなるメタライズインクを充填し
た。そして、そのシートの表面全体に０．０１５ｍｍの
厚みで上記のメタライズインクを印刷塗布した。次に、
第２のシートに対して、メタライズインクによりグラン
ド層パターンに印刷し、またスルーホールを形成してメ
タライズインクを充填した。 さらに、第３のシートに
対して、給電用メタライズ層パターンにメタライズイン
クを印刷した。そして、これら第１〜第３のシートをこ
の順序で積層した後、加湿された窒素雰囲気中、９５０
℃で同時焼成した。その後、最上面のメタライズ層に対
して、エッチング処理により１〜５ｍｍ角のパッチ状の
放射用メタライズ層を形成して、表１に示す共振周波数
および帯域幅を設計値とするセラミック平面アンテナを
作製した。Referring to FIG. 1, a green sheet having a thickness of 0.254 mm was formed by a doctor blade method using a ceramic dielectric (dielectric constant: 5.6) powder made of glass ceramic, and the first sheet was formed. On the other hand, diameter 0.1
mm through holes were formed, and the holes were filled with metallized ink composed of Cu powder and a resin binder. Then, the above-described metallized ink was applied by printing to a thickness of 0.015 mm on the entire surface of the sheet. next,
The second sheet was printed on the ground layer pattern with metallized ink, and formed with through holes to fill with metallized ink. Further, a metallized ink was printed on the power supply metallized layer pattern on the third sheet. Then, after laminating the first to third sheets in this order, 950 is placed in a humidified nitrogen atmosphere.
Co-firing at ℃. Thereafter, a patch-shaped radiating metallized layer of 1 to 5 mm square is formed on the uppermost metallized layer by an etching process to produce a ceramic planar antenna having a resonance frequency and a bandwidth shown in Table 1 as design values. did.
【００１７】また、比較例として、前記第１のグリーン
シートの表面に、スクリーン印刷によって放射用メタラ
イズ層パターンをスクリーン印刷によって形成し、同時
焼成後のエッチング処理を行わない以外は、全く上記と
同様な方法でセラミック平面アンテナを作製した。Further, as a comparative example, a radiation metallized layer pattern is formed on the surface of the first green sheet by screen printing by screen printing, and the etching is not performed after the simultaneous firing. A ceramic planar antenna was fabricated by a simple method.
【００１８】各アンテナの製造にあたり、作製したアン
テナの特性を個々に評価して、実測した共振周波数（ピ
ーク位置）が設計値の帯域幅内に含まれるものを良品、
含まれないものを不良品として歩留り（良品／全数）を
求めた。結果は表１に示す。In the manufacture of each antenna, the characteristics of the manufactured antennas are individually evaluated, and those having the actually measured resonance frequency (peak position) within the bandwidth of the design value are determined as non-defective products.
Yields (non-defective / total) were determined as those not included. The results are shown in Table 1.
【００１９】[0019]
【表１】 [Table 1]
【００２０】表１の結果から、明らかなように、種々の
特性を有するアンテナにおいても、グリーンシートへの
印刷によって放射用メタライズ層パターンを形成し同時
焼成したものでは、歩留りが低く、特に共振周波数が高
くなるに従い、歩留りが大きく低下することがわかる。
これに対して、同時焼成後にエッチング処理によって放
射用メタライズ層を形成した本発明では、不良品の発生
がほとんどなく、歩留りの非常に高いものであった。As is apparent from the results shown in Table 1, even with antennas having various characteristics, when the radiation metallization layer pattern is formed by printing on a green sheet and fired at the same time, the yield is low, and particularly the resonance frequency is high. It can be seen that the yield is greatly reduced as the value increases.
On the other hand, in the present invention in which the radiation metallized layer was formed by the etching treatment after the simultaneous baking, there was almost no defective product, and the yield was very high.
【００２１】[0021]
【発明の効果】以上詳述したように、本発明のセラミッ
ク平面アンテナは、同時焼成後のエッチング処理によっ
て放射用メタライズ層を形成したことにより、焼成によ
る収縮バラツキの影響、密着積層によるメタライズの伸
び等により放射用メタライズ層のパターン形状が変化す
ることがなく、それらのバラツキには全く関係なく、し
かもエッチングによりパターンを形成するために、高精
度のパターン形状を有する放射用メタライズ層を形成す
ることができる。これにより、放射特性のバラツキがな
く信頼性が高く、製造時の歩留りの高いセラミック平面
アンテナを作製することができる。As described above in detail, in the ceramic planar antenna of the present invention, the radiation metallization layer is formed by etching after co-firing. To form a radiation metallization layer having a high-precision pattern shape so that the pattern shape of the radiation metallization layer does not change due to, for example, and regardless of their variations, and in order to form a pattern by etching. Can be. As a result, it is possible to manufacture a ceramic planar antenna having high reliability without variation in radiation characteristics and high yield during manufacturing.
【図１】セラミック平面アンテナの一般的な構造を説明
するための図である。FIG. 1 is a diagram for explaining a general structure of a ceramic planar antenna.
１ａ，１ｂ、１ｃ セラミック誘電体 ２ 放射用メタライズ層 ３ グランド層 ４ 給電用メタライズ層 ５ スルーホール導体 1a, 1b, 1c Ceramic dielectric 2 Metallized layer for radiation 3 Ground layer 4 Metallized layer for power supply 5 Through-hole conductor
Claims (1)
との同時焼成によって形成された放射用メタライズ層
と、該放射用メタライズ層に電力を供給するための給電
用メタライズ層とを具備するセラミック平面アンテナに
おいて、前記放射用メタライズ層のパターンを、同時焼
成後のエッチング処理により形成したことを特徴とする
セラミック平面アンテナ。1. A ceramic plane comprising a ceramic dielectric, a radiation metallization layer formed by co-firing with the ceramic dielectric, and a power supply metallization layer for supplying power to the radiation metallization layer. In the antenna, the pattern of the radiation metallization layer is formed by etching after co-firing.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34635996A JP3464109B2 (en) | 1996-12-25 | 1996-12-25 | Manufacturing method of ceramic planar antenna |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10190346A true JPH10190346A (en) | 1998-07-21 |
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ID=18382885
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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| JP (1) | JP3464109B2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003298339A (en) * | 2002-01-30 | 2003-10-17 | Kyocera Corp | Stacked dielectric antenna |
| KR100624797B1 (en) | 2004-11-17 | 2006-09-18 | 엘지전자 주식회사 | Bluetooth Antenna for Mobile Communication Terminal |
Families Citing this family (1)
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|---|---|---|---|---|
| JPWO2018003920A1 (en) * | 2016-06-30 | 2019-02-21 | 日立金属株式会社 | Flat antenna, co-fired ceramic substrate and quasi-millimeter / millimeter-wave wireless communication module |
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1996
- 1996-12-25 JP JP34635996A patent/JP3464109B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2003298339A (en) * | 2002-01-30 | 2003-10-17 | Kyocera Corp | Stacked dielectric antenna |
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| JP3464109B2 (en) | 2003-11-05 |
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