JP2004153795A

JP2004153795A - 伝送路

Info

Publication number: JP2004153795A
Application number: JP2003334997A
Authority: JP
Inventors: Lewis R Dove; アールダブルイス; John F Casey; エフキャセイジョン
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2002-10-30
Filing date: 2003-09-26
Publication date: 2004-05-27
Also published as: TW200406905A; US20040085150A1; DE10330081A1; GB2395368A; GB0325058D0

Abstract

【課題】遮蔽型共平面及び準同軸伝送路を安価で容易に終端処理する。
【解決手段】伝送路（１４）は、加工表面を備える基板（２）と、該加工表面上の金属接地表面（３）と、該接地表面上に、２つの側部、端部、及び上面を有するＫＱ誘電素材の下地リボン（４）と、該下地リボン上に配設された金属中央導電体ストリップ（６）と、ＫＱ誘電素材の２つの側部と端部上に配設されており、延長する金属側部導電体（５）と、中央導電体ストリップの端部と金属側部導電体の対向部分（９）とに接続された第１抵抗（７）と、中央導電体ストリップの端部と金属側部導電体の対向部分（１０）とに接続された第２抵抗（８）とを有する。さらに、伝送路上にＫＱ誘電素材のカバーリボン１５とそれを囲む金属カバー層（１６）を設けてもよい。
【選択図】図３

Description

本発明は、概して伝送路に関し、特に基板上に製造された遮蔽型伝送路や準同軸伝送路の終端処理に関する。

特許文献１には、ある誘電素材が最近出現したことにより可能になる様々な厚膜技術について記述されている。これら素材は、ＫＱ−１２０とＫＱ−ＣＬ９０７４０６であって、アメリカ合衆国ペンシルベニア州ウエストコンショホッケンのユニオンヒルロード２４に所在するヘラウスサーマロイ社（ＨｅｒａｅｕｓＣｅｒｍａｌｌｏｙ，２４ＵｎｉｏｎＨｉｌｌＲｏａｄ，ＷｅｓｔＣｏｎｓｈｏｈｏｃｋｅｎ，Ｐａ．）の製品である。本発明者らは、本明細書において、これらの製品を「ＫＱ誘電体」又は単に「ＫＱ」と呼ぶことにする。この特許文献１には、具体的には、「被包性」のマイクロストリップ伝送路の構築について記述されており、この伝送路ために「準同軸（ｑｕａｓｉ−ｃｏａｘｉａｌ）」という用語が新たに造語されている。又、この開示では、従来は実現できなかったが、これらのＫＱ誘電素材によって実施可能になった準同軸伝送路及び（同一の精神による）「遮蔽型共平面」伝送路の両方に関係する新規で有用な厚膜技術についても言及している。本引用により、この特許文献１の開示内容は本明細書に包含される。

複数のＩＣ（集積回路）と相互接続された様々な厚膜構造を有する基板からなる「ハイブリッド」回路は、現在も「コンポーネント」ＩＣから機能的に複雑な高周波数アセンブリを製作する魅力的な技法である。伝送路を使用し、これらのＩＣを相互接続したり、又はこれらを外部環境に接続することが必要、或いは非常に望ましい場合が多い。本発明者らは、本明細書に包含された特許に記述されている被包性のマイクロストリップタイプでこの伝送路を構成するケースに特に興味を抱いている。この特許においては、「被包性」という用語により、伝送路（彼らの例では、マイクロストリップとも呼ばれている）が、中央導電体を完全に取り囲む接地によって完全に遮蔽されていることを意味している。伝送路の断面が軸を中心とした対称性を有していないため、これは、正確には、一般的に「同軸」伝送路と呼ばれるものではない（この伝送路は、大きな点とこれを取り囲む円の代わりに、線と四角の台形を断面に有している）。しかしながら、それにも拘わらず、本発明者らは、この伝送路（特許文献１の「被包性」伝送路）を「準同軸」伝送路と呼ぶことを適切且つ便利であると考える（尚、この伝送路は非常に小さいことに留意されたい。恐らく、幅が０．０５０’’（１．３ｍｍ）、高さが０．０１０’’（０．２５ｍｍ）又は０．０１５’’（０．４ｍｍ）であろう。

本発明者らは、通常、共平面伝送路と呼ばれるであろう別のタイプの伝送路にも特に興味を抱いている。これは、一般に誘電体上に形成された３導電体構造である。１つの要素が中央導電体トレース（大抵、四角形の断面を有している）であり、両側に接地トレース（大抵、格段に広い四角形の断面を有している）を有している。これを構築する一般的な方法は、まず、一方の面上に接合された、接地面として機能する導電性シートを有する誘電体基板を準備し、次いで、エッチングによって平行な２本の金属ストリップを除去し、両側の接地と共に中心トレースを残す。従って、共平面伝送路は、両側を除いて遮蔽されてはいない。そこで、本発明者らは、「遮蔽型」の共平面伝送路にも特に興味を抱いている。この用語により、本発明者らは、共平面伝送路の上部又は底部の遮蔽として機能する完全な接地面上に、３導電体構造と、厚みを有する誘電素材のプラットフォームが構築されており、２本の接地トレースが誘電体プラットフォームから下降し、その外部エッジにおいて接地面に連続的に接続されているものを意味している。

本発明者らが興味を抱いているタイプのマイクロ波ハイブリッド回路に使用する場合には、両方のタイプの伝送路は、通常、その物理的なサイズが類似しており、いずれも、必要に応じて曲折し、ハイブリッド上の適切なコンポーネントに接続されることになる。

通常、伝送路が実行する機能の１つが、関連付けられたインピーダンスで対象（入力と出力）の終端処理を行うことである。伝送路は、特性インピーダンスＺ₀（例：５０Ω）を有しており、通常、様々な入力及び出力インピーダンスが同一になるように設計され、伝送路を相互接続するＺ₀をそのインピーダンスに整合させる。このために、終端処理を必要としている対象にＺ₀伝送路を介して値Ｒ＝Ｚ₀の終端抵抗Ｒを接続するのが一般的である。これを行う理由は様々なものが存在するが、それらはすべてＲＦ及びマイクロ波技法を実施する者にとっては周知のことであろう。この行為は、通常、「伝送路を終端処理する」、又は、何々に接続された「終端処理済み」の伝送路を準備する、というように表現される。
米国特許第６，２５５，７３０Ｂ１号明細書

このような終端処理を必要とするハイブリッド上の対象に、基板上に製造された遮蔽型共平面及び準同軸タイプの伝送路を使用して終端抵抗を接続する方法が存在すれば望ましいであろう。抵抗などのコンポーネントを接続する従来技術による技法の中には、ビアを必要とするものがある。ビアは、生産コストを上昇させ、製造が複雑になることが多く、有害なインダクタンスの原因となる。いま必要とされているのは、基板上に製造された遮蔽型共平面及び準同軸伝送路を終端処理する安価で、便利で、電気的に許容可能な方法である。

終端処理された遮蔽型共平面伝送路をセラミック基板上のＡｕ（金）からなる接地面上に製造する。ＫＱ誘電素材のリボンを接地面上に形成した後に、その上にＡｕからなるパターニングされた層を形成する。このパターンには、通常、ＫＱリボン上の中央に位置する中央導電体ストリップと２つの隣接する接地ストリップが含まれており、後者のそれぞれは、ＫＱリボンの側部を下方に延長して接地面と接続するのに十分な幅を有している。ＫＱリボンは末端部を有しており、この端部をＡｕの接地ストリップが包み込んで互いに接続すると共に、リボンの末端部に隣接する接地面に連続して接触している。それぞれが中央導電体から隣接する接地ストリップに直角に向かう２つの２Ｚ₀抵抗、或いは中央導電体の端部を超えて延長し末端部を包み込む接地ストリップに到達する１つのＺ₀抵抗のいずれかを形成することにより、適切な終端を形成する。基板上の終端処理された準同軸伝送路は、まず、前述の遮蔽型共平面伝送路の構造を１つ製造した後に、終端抵抗を除いて厚みのある部分のすべてをＫＱ誘電素材の別の（より狭い）リボンで覆い、次いで、Ａｕの層で覆うことにより、製作することができる。伝送路のもう一方の端部は、適切な技法を使用しハイブリッド上のコンポーネントに接続される。

本発明により基板上に製造された遮蔽型共平面及び準同軸伝送路の良好な終端処理を安価で、容易におこなうことができる。

まず、図１を参照すれば、基板２上に製造された遮蔽型共平面伝送路１の末端部の平面透視断面が示されており、この基板２は、例えば、厚さが０．０４０’’（１ｍｍ）の９６％アルミナである。この遮蔽型共平面伝送路は、本明細書に包含された前記特許文献１に開示されている厚膜技術に従って製造されている。特に、基板２の「上」に（即ち、遮蔽型共平面伝送路と同一の面上に）形成されており、一般の接地面と同様に、必要に応じてあらゆる方向に自由に延長可能な接地面３に留意されたい。この接地面は、金属であってよく（金であることが好ましい）、パターンが必要な場合には、ＨｅｒａｅｕｓＫＱ−５００などのエッチング可能な厚膜Ａｕプロセスを使用することができる。遮蔽型共平面伝送路自体は、下地層（即ち、ＫＱ誘電素材のストリップ）４を含んでおり、これは、伝送路の所望の経路に応じて曲折する（尚、この「曲折」という用語は、曲がりくねった経路をとるということを必ずしも意味しているわけではなく、必要性に応じた道筋をたどるということを意味しているに過ぎない）。下地層４を配置した後に、下地層４の上面全体に金属の適切な層（即ち、ストリップ５）を形成する（この金属としては、Ａｕが好ましい）。この金属のストリップ（即ち、層）５は、接地面３と電気的に接続しており、その延長として機能する。次いで、層５のストリップをパターニングし、適宜に素材を除去して中央導電体ストリップ６とランド部（即ち、パッド）９及び１０を形成する。この結果、パターニングされた層５と中央導電体ストリップ６は、特性インピーダンスＺ₀を有する共平面伝送路を形成する。これは、その下方に接地面３が延長しているため、遮蔽型共平面伝送路である。伝送路の下方に位置する接地面３の部分を「接地遮蔽」と呼ぶことにする。

次いで、図示されているように、それぞれ抵抗値がＺ₀の２倍の終端抵抗（７及び８）をパッド９及び１０と中央導電体ストリップ６間に配置する。これらは、従来の厚膜技術を使用して印刷されたものでよく、或いは表面実装用のチップ抵抗などの個別の部品であってもよい。終端抵抗が配置される伝送路の部分を末端部と呼ぶ。伝送路のもう一方の端部は、大抵、どこか有用な場所に向かっており、従来の方法によって、そこに接続されている（例えば、集積回路ダイ上の端子やパッドにワイヤボンディングされている）。

図１に示されている終端処理法は、例えば、３０ＧＨｚを上回るような非常に高い周波数において有効である。これは、１つには、関連形状のサイズが小さいことによる。これらは、関連する波長と比べ、依然としてそのサイズが小さい。この事実と、接地への経路が非常に直接的であるという事実により、浮遊リアクタンスによって発生する問題が緩和される（浮遊リアクタンスは、例えば、Ｎ型やＡＰＣ７などの７ｍｍコネクタで使用するべく設計されたものなど、特に、大きなパッケージに存在する場合に、計器グレードの終端処理の大きな問題となる）。

図１の共平面伝送路の特性インピーダンスＺ₀は、ＫＱ素材の誘電率と伝送路の構造寸法により、周知の方法で決定される。従って、図１の共平面伝送路は、必要に応じて、５０Ω、或いは７５Ωなどの特定の特性インピーダンスを有するように製造することができる。終端抵抗７及び８は、それぞれＺ₀の２倍の抵抗値を有するようになることが理解されるであろう。但し、その一方で、特定の或いは一定の値の特性インピーダンスが不要であったり、或いは望ましくなく、バイアス又は制御信号の負荷抵抗（終端抵抗７及び８の並列接続）への伝達用の単に遮蔽されただけの導電体を製造する場合もある。

次に進む前に、接地面３について簡単に説明しておく。接地面３は、金属の広いシートである場合に、本来の接地面としての最善の機能を発揮することになり、これが図に示されているものである。一方、伝送路の真下に位置していない接地面の部分は、それが孤立して考えられる伝送路である限り、伝送路には特定の利益を提供しない。伝送路の一側に、接地面で強力なＲＦ電流を搬送することを必要とするその他の回路が配置されている場合には、状況が複雑なものになる。このような電流は、この伝送路用の遮蔽から締め出ことが賢明であろう。

従って、伝送路の直接下方に位置する接地面全体の部分、又は十分に幅の広い曲折する接地金属のリボンのいずれかにより、本発明者らが接地遮蔽と呼んでいるものが形成され、これが遮蔽型共平面伝送路の「遮蔽」部分を形成していることが理解されるであろう。

次に図２を参照すれば、セラミック基板２上に製造され、伝送路の中央導電体ストリップ６の方向に沿って中央導電体ストリップの端部を超えて延長し接地された端部（１２）に到達する単一のＺ₀抵抗１３によって終端処理された遮蔽型共平面伝送路１１の末端部の平面透視断面図が示されている。この図２の伝送路１１の末端部は、図１の伝送路１の末端部と極めて類似しており、正確に対応している或いは略同様の要素を同一の参照番号で示しているため、大部分の参照番号が同一になっている。図１及び図２の伝送路の各要素は、同一の技法を使用して製造されており、相違点は、図２において１つの終端抵抗１３しか存在しておらず、この終端抵抗が中央導電体ストリップ６から向かう先のパッド１２が、中央導電体ストリップ６の経路の延長線上に存在していることである。

次に図３を参照すれば、セラミック基板２上に製造され、それぞれが伝送路の中央導電体ストリップ６から異なる接地された側部（９、１０）に延長する抵抗値Ｒが２Ｚ₀の終端抵抗７及び８によって終端処理された準同軸伝送路１４の末端部の平面透視断面図が示されている。図３の末端部は、図１の末端部に対する明白な類似性を有しており、現実に図１の末端部の構造は、図３の末端部の構造を製造するための出発点としてそのまま利用することができる。伝送の終端処理に関する限り、これらは同一であり、相違点は伝送路自体に存在している。従って、図１のそれぞれに対応する図３の各要素は同一の参照番号を有している。このため、出発点として図１の構造を利用することを前提とし、図３に示されているものを製造するのに必要な追加の段階について説明することとする。

これらの追加段階とは、次のとおりである。まず、終端抵抗の領域を除いてＫＱ誘電素材の第２リボン１５を伝送路上に形成する。そして、Ａｕの層１６を第２リボン１５の上に蒸着するが、この際に、層１６が中央導電体ストリップ６に接近し過ぎることのないよう、位置１８で停止するようにする。この結果、生成された終端抵抗７及び８に続くこの伝送路は、「背景技術」において本発明者らが準同軸伝送路と命名したものである。尚、これは、完全に遮蔽されており、本明細書に包含された特許文献１に記述されているものとは、多少異なる方法で製造されていることに留意されたい（特許文献１に記載の技術では、ＫＱの下地リボンを接地面上に配置し、その上に中央導電体を形成し、次いで、それらすべての上にＫＱの別のリボンを重ねた後に、両方のＫＱリボンの上に１つの金属層を形成している）。

次に図４を参照すれば、セラミック基板２上に製造され、伝送路の中央導電体ストリップ６の方向に沿って中央導電体ストリップの端部を超えて延長し接地された端部１２に到達する単一のＺ₀抵抗１３によって終端処理された準同軸伝送路１７の末端部の平面透視断面図が示されている。この図４は、図２に似ているが、図３の準同軸伝送路を有している。図１及び図３と同様に、図２及び図４のそれぞれの対応する要素は、同一の参照番号を有している。

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明の広汎な実施の参考にするため、以下に本発明の実施態様のいくつかを例示する。

（実施態様１）
終端処理された伝送路（１、１７）であって、加工表面を有する基板（２）と、該加工表面上に配設された金属接地表面（３）と、前記接地表面上に配設され、前記接地表面と接触状態にあるもの以外に、２つの側部、端部、及び上面を有し、前記接地表面との間の接触領域と２つの側部と端部が周囲を形成するＫＱ誘電素材の下地リボン（４）と、前記ＫＱ誘電素材の下地リボンの上部表面上に配設された金属中央導電体ストリップ（６）と、前記ＫＱ誘電素材の２つの側部と端部上に配設されており、前記下地リボンの上部表面上を前記金属中央導電体ストリップから選択した略均一な距離内に延長すると共に、前記周囲の長さ方向に前記金属接地表面上に延長し前記金属接地表面と電気的な接続状態にある金属側部導電体（５）と、前記中央導電体ストリップの一端に電気的に接続され、その端部を超えて前記中央導電体ストリップの方向に延長し、前記ＫＱ誘電素材の下地リボンの端部上に配設された前記金属側部導電体の部分（１２）に接続された抵抗（１３）と、を有することを特徴とする伝送路。

（実施態様２）
前記伝送路は、選択された特性インピーダンスＺ₀を有しており、抵抗（１３）の抵抗値Ｒは、Ｒ＝Ｚ₀であることを特徴とする実施態様１に記載の伝送路。

（実施態様３）
前記金属接地表面（３）、前記金属中央導電体（６）、及び前記金属側部導電体（５）が、金であることを特徴とする実施態様１に記載の伝送路。

（実施態様４）
前記上面上に配設されると共に、前記中央導電体ストリップ上に配設されて前記中央導電体ストリップを覆っているが、前記抵抗は覆わずに残しており、上面、２つの側部、及び端部を有し、前記２つの側部のそれぞれはそれらの長さ方向に前記金属側部導電体の隣接部分と物理的な接触状態にあるＫＱ誘電素材のカバーリボン（１５）と、前記ＫＱ誘電素材のカバーリボンの上面及び２つの側部上に配設され、前記カバーリボンの２つの側部の長さ方向に前記金属側部導電体と物理的及び電気的な接触状態にある金属カバー層（１６）と、を更に有している実施態様１に記載の伝送路。

（実施態様５）
前記金属カバー層（１６）は、金であることを特徴とする実施態様４に記載の伝送路。

（実施態様６）
終端処理された伝送路（１、１４）であって、加工表面を備える基板（２）と、前記基板の加工表面上に配設された金属接地表面（３）と、前記接地表面上に配設され、前記接地表面と接触状態にあるもの以外に、２つの側部、端部、及び上面を有し、前記接地表面との間の接触領域と２つの側部と端部が周囲を形成するＫＱ誘電素材の下地リボン（４）と、前記ＫＱ誘電素材の下地リボンの上部表面上に配設された金属中央導電体ストリップ（６）と、前記ＫＱ誘電素材の２つの側部と端部上に配設されており、前記下地リボンの上部表面上を前記金属中央導電体ストリップから選択した略均一な距離内に延長すると共に、前記周囲の長さ方向に前記金属接地表面上に延長し前記金属接地表面と電気的な接続状態にある金属側部導電体（５）と、前記中央導電体ストリップの端部に電気的に接続されており、前記中央導電体ストリップに向かって直角に延長し、前記ＫＱ誘電素材の下地リボンの一側上に配設された金属側部導電体の対向部分（９）に接続された第１抵抗（７）と、前記中央導電体ストリップの端部に電気的に接続されており、第１抵抗とは反対の方向に延長し、前記ＫＱ誘電素材の下地リボンの他側上に配設された金属側部導電体の対向部分（１０）に接続された第２抵抗（８）と、を有することを特徴とする伝送路。

（実施態様７）
前記伝送路は、選択された特性インピーダンスＺ₀を有しており、前記第１及び第２抵抗（７、８）のそれぞれの値Ｒは、Ｒ＝２Ｚ₀であることを特徴とする実施態様６に記載の伝送路。

（実施態様８）
前記金属接地表面（３）、前記金属中央導電体（６）、及び前記金属側部導電体（５）は、金であることを特徴とする実施態様６に記載の伝送路。

（実施態様９）
前記上面上に配設されると共に、前記中央導電体ストリップ上に配設されて前記中央導電体ストリップを覆っているが、前記第１及び第２抵抗は覆わずに残しており、上面、２つの側部、及び端部を有し、前記２つの側部のそれぞれはそれらの長さ方向に前記金属側部導電体の隣接部分と物理的な接触状態にあるＫＱ誘電素材のカバーリボン（１５）と、前記ＫＱ誘電素材のカバーリボンの上面及び２つの側部上に配設され、前記カバーリボンの２つの側部の長さ方向に前記金属側部導電体と物理的及び電気的な接触状態にある金属カバー層（１６）と、を更に有している実施態様６に記載の伝送路。

（実施態様１０）
前記金属カバー層（１６）は、金であることを特徴とする実施態様９に記載の伝送路。

セラミック基板上に製造され、それぞれが伝送路の中央導電体から異なる接地された側部に向かって延長する一対のＲ＝２Ｚ₀抵抗によって終端処理された遮蔽型共平面伝送路の末端部の平面透視断面である。セラミック基板上に製造され、伝送路の中央導電体の方向に沿って中央導電体の端部を超えて延長し接地された端部に到達する単一のＲ＝Ｚ₀抵抗によって終端処理された遮蔽型共平面伝送路の末端部の切断透視図である。セラミック基板上に製造され、それぞれが伝送路の中央導電体から異なる接地された側部に向かって延長する一対のＲ＝２Ｚ₀抵抗によって終端処理された準同軸伝送路の末端部の切断透視図である。セラミック基板上に製造され、伝送路の中央導電体の方向に沿って中央導電体の端部を超えて延長し接地された端部に到達する単一のＲ＝Ｚ₀抵抗によって終端処理された準同軸伝送路の末端部の切断透視図である。

符号の説明

１、１４、１７伝送路
２基板
３金属接地表面
４下地リボン
５金属側部導電体
６金属中央導電体ストリップ
７第１抵抗
８第２抵抗
９金属側部導電体の対向部分
１０金属側部導電体の対向部分
１２前記金属側部導電体の部分
１３抵抗
１５カバーリボン
１６金属カバー層

Claims

終端処理された伝送路であって、
加工表面を有する基板と、
前記加工表面上に配設された金属接地表面と、
前記接地表面上に配設され、前記接地表面と接触状態にあるもの以外に、２つの側部、端部、及び上面を有し、前記接地表面との間の接触領域と２つの側部と端部が周囲を形成するＫＱ誘電素材の下地リボンと、
前記ＫＱ誘電素材の下地リボンの上部表面上に配設された金属中央導電体ストリップと、
前記ＫＱ誘電素材の２つの側部と端部上に配設されており、前記下地リボンの上部表面上を前記金属中央導電体ストリップから選択した略均一な距離内に延長すると共に、前記周囲の長さ方向に前記金属接地表面上に延長し前記金属接地表面と電気的な接続状態にある金属側部導電体と、
前記中央導電体ストリップの一端に電気的に接続され、その端部を超えて前記中央導電体ストリップの方向に延長し、前記ＫＱ誘電素材の下地リボンの端部上に配設された前記金属側部導電体の部分に接続された抵抗と、を有することを特徴とする伝送路。