JPH05266808A - 空中経路によって補償されたマイクロ波装置 - Google Patents
空中経路によって補償されたマイクロ波装置Info
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- JPH05266808A JPH05266808A JP4324707A JP32470792A JPH05266808A JP H05266808 A JPH05266808 A JP H05266808A JP 4324707 A JP4324707 A JP 4324707A JP 32470792 A JP32470792 A JP 32470792A JP H05266808 A JPH05266808 A JP H05266808A
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Abstract
性能を、局部の伝送線セグメントの特性インピーダンス
をそのセグメントが結合している特定の装置の入力また
は出力インピーダンスによりよく一致するように調整す
るための局部整合素子を設けることにより改善する。 【構成】 伝送線の能動リード線38上に導電性の橋絡
部50を設ける。 【効果】 特性インピーダンスを下げることができ、小
型の能動装置、MMICまたはMMIC素子のような小
型の素子と実質的にインピーダンスの不一致を起こす幅
の狭い伝送線セグメントの接続に関して、これは非常に
有用である。
Description
る導体のための改善された手段と方法とに関する。
波周波数、すなわち一般的には約100MHz超、さら
に詳しくは約1GHz超の周波数において効率的に信号
を伝播する場合の問題点は、それよりも低い周波数に起
こる問題とは実質的に異なっている。マイクロ波周波数
において普通のワイヤを用いることは、通常は実用的で
はない。同軸ケーブルを用いる接続もあるが、一般的に
同軸ケーブルは、マイクロ波回路を構築することが多い
比較的小さな部品や電子素子間の相互接続には適さな
い。そのため、当技術では、片面あるいは両面に薄い平
坦な導体層を貼り付けた誘電性回路基板を用いることが
一般的になっている。この導体層はエッチングあるいは
整形されて、基板に搭載されるさまざまな受動および/
または能動部品や素子を相互接続する、さまざまな実質
的に平面の導体トレースとなる。これらの導体トレース
により、回路基板に対する入力および出力接続部も設け
られる。
は、回路基板上の導体が、既知の良好に制御された特性
インピーダンスを有する伝送線を形成することが重要で
ある。図1ないし図4に、マイクロ波回路に広く用いら
れている2つの既知の導体装置を図示してある。図1お
よび図2はそれぞれ、誘電性基板12,前面導体14お
よび裏面接地面16によって構成される、マイクロスト
リップ線11の平面図と断面図である。このマイクロ波
導体装置の特性インピーダンスは、おもに、基板12の
厚み13と誘電率および表面導体14の幅15により決
定される。
上で用いられるのに適した共平面(コプレーナ--coplan
ar)導波管装置が示される。共平面伝送線20は、主平
面上に導体24,24’,28を有する厚み23の誘電
性基板22より構成される。導体24,24’は、接地
または基準導体で、導体28は能動(接地されていな
い)導体である。基準導体24,24’と能動導体28
とは、幅26,26’の間隙25,25’により隔てら
れている。能動導体28は幅29を有する。共平面導波
管20の特性インピーダンスは、おもに、能動導体28
の幅と、間隙25,25’の幅26,26’とによって
決まる。導体28の両側の間隙の幅26,26’は、等
しい必要はないが、等しければ都合が良い。
またはモノリシック集積回路(MMIC)などのマイク
ロ波部品31を含む共平面マイクロ波回路基板30の平
面図である。回路基板30は、誘電性基板32によって
構成され、その上では共平面接地導体または基準導体3
4,34’,34”と能動導体38,38’,38”と
が、間隙35,35’,35”によって隔てられてい
る。たとえばワイヤボンドまたはその他のリード線3
6,36’,36”によって入力−出力接続が設けら
れ、能動装置31は、たとえばその他のワイヤボンドま
たはリード線37,37’,37”によって、導体3
8,38’,38”に結合されている。図5は、少なく
とも1個の部品を有するマイクロ波回路基板のための例
としての装置構成を示すものであって、それに限るわけ
ではないことは、当業者であればご理解いただけよう。
その他の多くの装置が可能であり、マイクロ波回路基板
は、その上に多くの部品を有することもよくある。説明
の便宜上、以後の34,35,36,37,38,4
0,42に対する参照は、特に明記しない限り、対応す
るダッシュ記号のついた番号に対する参照も含めるもの
とする。図5の破線4Aは、図6および図7で多少拡大
されて図示される回路基板30の部分を示す。
容易に貼付されるものでなければならないので、リード
線38の外部リード線ボンディング領域40は、回路3
0のその他の部分に必要とされるよりも大きな寸法にし
なければならない。外側寸法、たとえばボンディング領
域40とそれに付属する間隙35の幅は、一般的には、
外部接続によく適合したボンディング位置における共平
面導波管の特性インピーダンスを与えるように選択され
る。ボンディング領域40により形成される共平面導波
管の特性インピーダンスに関しては、50オームが通常
の目標値である。
で、リード線37が付く導体38の関連のボンディング
部分42は、通常は外部ボンディング領域40よりも実
質的に小さい、すなわち幅が狭い。製造時の許容誤差に
対応するための目的で、一般には、間隙35はリード線
の幅の減少に合わせない。そのためにリード線38がボ
ンディング領域42において、あるいはその周辺で幅が
狭くなると、特性インピーダンスが上がる。このため
に、重大なインピーダンスの不一致が起こり、この不一
致のためにエネルギを効率的に部品31の内外に結合さ
せることが困難になる。このインピーダンスの不一致を
なくするように、線の寸法および/または基板の誘電率
を修正することがいつもできるとは限らない。
域におけるインピーダンスの不一致に対処する試みがな
されてきた。たとえば、Li他による米国特許第4,90
6,953号では、表面を傾斜させて用いてインピーダ
ンスを一致させて、ビア孔を用いずにマイクロストリッ
プと共平面導波管との間の相互接続を行う装置を説明し
ている。しかし、このように傾斜のある表面を製造する
ことは、比較的費用がかかり、あらゆる状況に合うもの
ではない。
れ、その成功の度合はさまざまであった。しかし、これ
らの装置の多くは、製造性,歩どまり,費用および/ま
たは信頼性に関して望ましくないトレードオフを含む。
そのために、マイクロ波回路の開発に長い年月がかけら
れているにも関わらず、インピーダンスの不一致の問題
は依然として残っており、特にMMICなどとの効率的
な結合を行う接続部に関して問題がある。
の上のマイクロ波導体のための改善された手段と方法と
を提供する。本手段には、一般的に、第1特性インピー
ダンスを有する第1共平面マイクロ波導体領域と、第1
インピーダンスとは異なる第2特性インピーダンスを有
する第2共平面マイクロ波導体領域と、少なくとも第2
マイクロ波導体領域の一部まで延在し、そこからは隔て
られている別の橋絡導体であって、それにより被橋絡部
のために第2特性インピーダンスよりも小さい第3特性
インピーダンスを与える橋絡導体とから構成される。さ
らに詳細に述べると、第2特性インピーダンスは、第1
特性インピーダンスよりも大きい場合が多く、第3特性
インピーダンスと第1特性インピーダンスとは実質的に
等しいことが望ましい。
とも第1および第2導体を有する、第1導体層をその上
に持つ絶縁基板を設ける段階によって構成される方法が
提供される。第1導体は第1の幅の第1部分と、第1の
幅よりも大きな第2の幅を持つ第2部分とを有する。第
2導体は、第1導体の両側に延在し、しかしそこからは
隔てられている第1および第2部分を有する。第1導体
層の上に、第1マスクが設けられる。第1マスクはその
中に少なくとも2個の開口部を有し、第1開口部は前記
の第1部分まで延在し、第2開口部は前記の第2部分ま
で延在する。第2導体層が、第1マスクの上に設けら
れ、第1および第2開口部を通じて第1導体層に対する
接触を行い、2つの開口部の間で、第1導体の第1部分
の少なくともあるところまで延在して第2導体の第1部
分と第2部分とを電気的に接続する橋絡部分を有するよ
うに整形される。
と、第2マスクが橋絡部分の意図された位置の上に保護
領域を有する第2導体層上に設けられて、第2導体層の
橋絡部分を保護して、第2導体層のその他の部分は除去
される。
)」という言葉は、他の導体上を架橋し、あらゆる種
類の誘電性材料または高抵抗率材料によりその導体から
隔てられる導体を指す。これにはあらゆる種類の空気ま
たはその他の気体の誘電体および固体の誘電体が含まれ
るが、これに限定されない。
な平面図であり、図7は、図6の断面図である。図6お
よび図7は、導体34,38を有するマイクロ波回路3
0の部分46を示す。導体38は、幅41の部分40
と、幅43の部分42とを有し、これらは幅可変移行部
44により結合されている。幅の広い部分40は、幅の
狭い部分42または移行部44よりも幅が広いために、
それよりも低い特性インピーダンスを有する。同様に幅
の狭い部分42は、幅の広い部分40および移行部44
よりも高いインピーダンスを有する。リード線36から
部品31に効率的にエネルギを結合させることを困難に
しているのは、この状況であって、特に部品31がイン
ピーダンスの低い装置である場合、すなわち、導体38
の隣接部分42の特性インピーダンスよりもはるかに入
力(または出力)インピーダンスが小さい装置である場
合にこれは顕著である。
34を電気的に結合する導電性橋絡部50を導体38の
両側に設けることにより、装置31,等価の装置,素子
または回路部分に結合する伝送線セグメント(たとえば
導体部分42)の特性インピーダンスを変更して、装置
または素子の性質を接続される伝送線によりよく一致さ
せることができる。導電性橋絡部50は、インピーダン
スを修正したい導体38の部分、たとえば幅の狭い部分
42の上を通り、高さ54の領域52により導体38か
ら隔てられている。領域52は空隙であっても、あるい
は誘電性その他の比較的導電性の悪い物質で充填されて
いてもよい。橋絡部50は、接地面または基準導体34
に直接電気的に接続されているのが好ましいが、そこに
容量的にあるいは他の方法で結合されていてもよい。
38のその部分の接地(または他の基準電位)に対する
容量を増大させ、それによって特性インピーダンスを下
げる。このように、幅の狭い領域42の上に橋絡部50
があることにより、導体の幅の減少を補償して、望まし
い特性インピーダンスを維持することができる。このた
めに装置または回路素子31に対する動力の効率的なや
り取りが非常に簡単になる。
ロ波回路基板58であるが、高さが54,54’,5
4”の橋絡部50,50’,50”が含まれている。橋
絡部50,50’,50”は、すべてのリード線38内
に設けられて図示されているが、当業者には、橋絡部は
任意の本数のリード線上に設けることができることが理
解いただけよう。さらに、橋絡部50,50’,50”
により導かれるインピーダンスの変化は、高さ54,5
4’,54”を可変するか、さらに/あるいは長さ5
3,53’,53”をある程度可変することにより、調
整することができる。図10内の破線5Aは、図8およ
び図9に多少拡大されて示される回路基板58の部分を
示す。
単位長さ当りの容量は大きくなり、特性インピーダンス
は低くなる。長さ53が長ければ長いほど、容量は大き
くなるが、波長に比べて長さ53が短いと空中経路は伝
送線セグメントではなく別個の容量素子として動作する
ことが多くなり、波長に比べて長さが長くなると、伝送
線セグメントとして動作することが多くなる。空中経路
の長さが波長とほぼ等しいときに、満足の行く結果が得
られた。個々の空中経路50,50’,50”の高さ5
4,54’,54”を(および長さ53,53’,5
3”をある程度)可変することにより、インピーダンス
またはインピーダンスの一致動作を、目的の部品または
素子の異なるリード線または回路の異なる部品に関し
て、個別に調整することができる。
共平面マイクロ波回路基板の部分60の、異なる製造段
階での簡単な断面図を示し、図19ないし図22は、そ
の簡単な平面図を示す。回路基板60は、基板62によ
って構成され、その上に導体層63とマスク層66とが
設けられる。導体層63は金属であると便利であるが、
その他の導電材料を用いることもできる。基板32と類
似の基板62は、誘電体または表面が実質的に絶縁性の
材料であると便利である。セラミック,ガラス含浸プラ
スティック,高抵抗率のIII-V 族元素,酸化物で被覆さ
れた導体または半導体(たとえばSiまたはGe)が、
有効な基板材料の例であるが、これに限定されない。こ
こで基板に関して用いる「誘電性(誘電体)」という言
葉は、これらとその他の適切な材料またはその組合せを
含むものとする。
を用いて処理して、マスク66内に、下層の導体層63
まで延在する開口領域65を設ける(図12参照)。マ
スク66内の開口部65は、完成された回路基板上の導
体を隔てる間隙35に対応する(図10参照)。つぎに
下層の金属層63をエッチングするか、あるいは従来の
技術を用いて腐食させて、層63の金属領域34,3
4’,38を隔てる間隙35,35’を設ける。
導体38の部分上方に形成する。これは、たとえば、全
体にマスク層を設けて、次に輪郭70’(図20参照)
に対応する画像を露光および現像してマスク70を残す
ことにより実行すると便利である。図20では、マスク
70は透明なものとして図示され、破線により区切られ
て、下層の金属構造が見えるようになっている。これは
当技術では従来から用いられている方法である。
4,34’上に少なくとも2つの開口部71,71’を
有して、第2導電層72が中央の導体38の両側で下層
の第1導体34,34’と、橋絡部50を設けたい閉じ
られた部分とに接触できるようになっている。マスク7
0があるために、第2導体層72は、下層の導体38に
短絡することがない。
34’とマスク70との上に貼付される(図15参
照)。第2導体層72は、金属であると便利だが、他の
導電材料を用いることもできる。第2導体層72は、マ
スク74により覆われるが、このマスク74は、基板6
2の平面に平行の橋絡部50の外側図形、すなわち幅と
長さとを規定するようにパターニングされている。マス
ク74の輪郭74’は、図21では破線で示され、マス
ク74は透明に図示されて、下層の細かい部分が見える
ようになっている。導体層72の用いられない部分が、
マスク74を用いて除去され、第1導体層63の領域3
4,34’を電気的に結合する橋絡部50が残る(図1
7,図18および図22参照)。図17の例のように、
第1マスク層の部分70を残すこともでき、あるいはそ
れを除去して図18の空間52に空隙を設けることもで
きる。図17,図18および図22は、図8および図9
と類似のものである。
を解消して、目的を達成することは、当業者には明白で
あろう。さらに当業者に明白なことに、本発明は以下に
示される実質的な利点を有する:すなわち(i )マイク
ロ波回路と接続して用いられる伝送線の特性インピーダ
ンスを補償する手段と方法とを提供する,(ii)幅の狭
いライン・セグメントのインピーダンスを低くして、さ
まざまな回路素子,接続部などのインピーダンスにさら
に近づけて一致させることができる,(iii )必要な製
造技術段階は既知のものであり、マイクロ波回路の製造
にすでに用いられており、回路内の異なる位置に設けら
れるインピーダンスの一致は、橋絡部の長さと、能動素
子上の空間を可変したり、下層の能動導体から橋絡部を
分離するために残される任意の材料の誘電率を可変する
ことにより、個々に修正することができる。
して説明されたが、これらの選択は説明の便宜を図るた
めのものであって、発明を制約するものではない。ま
た、この説明に基づき当業者にはご理解いただけよう
が、本発明はその他の材料,構成および製造段階が選択
された場合にも適用される。たとえば、本発明はさまざ
まな部品を搭載したマイクロ波回路に接続した状態で用
いる場合に関して説明されているが、たとえばSiのII
I-V 族化合物基板内またはその上に直接構築される能動
または受動素子にインピーダンスを合わせるためにも有
用であるので、マイクロ波集積回路回路(MMIC)そ
のものの内部で用いることもできる。さらに、基板また
は回路基板上で、さらに空中経路に用いられるリード線
または導体には、金属,準金属,超電導体,半導体およ
び実質的に導電性を示すその他の材料を含めることがで
きる。従って、添付の請求項には、本発明に基づき当業
者が思いつくこれらとその他の変形とを含めるものとす
る。
平面図である。
簡単な断面図である。
平面図である。
簡単な断面図である。
簡単な平面図である。
である。
面図である。
回路の平面図である。
回路を示す図8の断面図である。
面導波管回路の簡単な平面図である。
における簡単な断面図である。
における簡単な断面図である。
における簡単な断面図である。
における簡単な断面図である。
における簡単な断面図である。
における簡単な断面図である。
における簡単な断面図である。
における簡単な断面図である。
応する平面図である。
応する平面図である。
応する平面図である。
応する平面図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 マイクロ波装置であって:絶縁面を有す
る基板(58);前記基板上に配置されて、第1マイク
ロ波伝送線を形成する第1(38),第2(34)およ
び第3(34’)導体であって、前記第1導体(38)
は、前記第2(34)および前記第3(34’)導体の
間に配置されて、それらから横方向に隔てられ、前記第
1導体(38)が、第1幅(43)を持ち前記第1導体
(38)の第1端から、前記第1幅(43)よりも広い
第2幅(41)を持つ前記第1導体(38)の第2領域
(40)に向かって延在する第1領域(42)を有す
る、第1(38),第2(34)および第3(34’)
導体;前記第1導体(38)の前記第1端に近接し、そ
こに電気的に接続された端子(37)を有する半導体装
置(31);および前記第2(34)および第3(3
4’)導体間であって、前記第1導体(38)の前記第
1領域(42)上方に延在する空中経路を形成する第4
導体(50);によって構成されることを特徴とするマ
イクロ波装置。 - 【請求項2】 マイクロ波装置であって:所定のマイク
ロ波周波数において第1インピーダンスを有する第1共
平面マイクロ波導体領域(40);前記第1共平面マイ
クロ波導体領域に結合され、前記の所定の周波数におい
て前記第1インピーダンスとは異なる第2インピーダン
スを有する第2共平面マイクロ波導体領域(42);前
記第2共平面マイクロ波導体領域の端部に近接し、それ
に電気的に結合された(37)電子素子(31)であっ
て、前記第2共平面マイクロ波導体領域(42)に対し
て所定の周波数において第3インピーダンスを提示する
電子素子(31);および前記第2マイクロ波導体領域
(42)の少なくとも一部分の上方に延在する空中経路
導体(50)であって、それにより前記空中経路導体
(50)と前記第2導体領域(42)との組合せに関し
て所定の周波数において第4インピーダンスを与えて、
前記第4インピーダンスの大きさが前記第2インピーダ
ンスよりも前記第3インピーダンスに近い空中経路導体
(50);によって構成されることを特徴とするマイク
ロ波装置。 - 【請求項3】 マイクロ波導体装置を形成する方法であ
って:第1導体層(63)をその上に有する絶縁基板
(60)を設ける段階;前記導体層(63)の1つ以上
の部分(35,35’)を除去して、少なくとも第1
(38)および第2(34,34’)導体を規定する段
階であって、前記第1導体(38)は、第1幅(43)
の第1部分(42)と、前記第1幅(43)よりも大き
い第2幅(41)の第2部分(40)とを有し、前記第
2導体(34,34’)は、前記第1導体(38)の両
側に延在してそれからは隔てられている第1(34)お
よび第2(34’)部分を有するように除去する段階;
前記導体層(63)上に、少なくとも2個の開口部を有
する第1マスク(70)を設ける段階であって、第1開
口部は前記第1部分(34)に延在し、第2開口部は前
記第2部分(34’)に延在するように設ける段階;前
記第1マスク(70)上に、第2導体層(72)を設
け、前記第1および第2開口部内で第2導体(34,3
4’)に対する接触を行う段階;前記第2導体層(7
2)を整形して、前記の2つの開口部間であって前記導
体(38)の前記第1部分(42)の少なくとも一部分
の上方に延在する橋絡部(50)を設ける段階であっ
て、これにより前記第2導体(34,34’)の前記第
1(34)および第2(34’)部分を電気的に接続し
て、前記第1導体(38)の前記第1部分(42)のマ
イクロ波インピーダンスを下げる段階;および前記の段
階群の途中であるいはその後で、前記第1導体(38)
の前記第1部分(42)を近くにある半導体装置(3
1)に電気的に接続する段階;によって構成されること
を特徴とするマイクロ波導体装置を形成する方法。
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