JP2004537234A - Ｈｆストリップ線路パターン用のカップリング素子 - Google Patents

Abstract

ＨＦ基板（５）上のＨＦストリップ線路パターン（４）のカップリング素子がフィンガカプラパターン（１）として薄膜技術によりシリコン支持体（７）上に実現される。ここでＨＦストリップ線路パターン（４）のストリップ導体路へのコンタクト接続は特にスペーサ（９）の形態のメタライゼーション部（８）を介して行われる。

Description

【０００１】
本発明は、ＨＦストリップ線路パターン用のカップリング素子に関する。
【０００２】
従来の技術
ＨＦ技術、例えばレーダー技術のコンポーネントから直流電圧を分離するために、いわゆるフィンガカプラまたはＤＣブロックが使用される。これらの素子はマイクロストリップ回路の一部であり、したがってパターンとしてエッチングされている。相互にオーバラップしたフィンガを通ってＨＦ信号はバンドパス特性により透過されるが、直流電圧はブロックされる。こうしたバンドパス特性はレーダーの機能にとって必須である。なぜならこれにより駆動パルスの低周波数成分が阻止され、その先へは供給されなくなるからである。したがって単純な直列のキャパシタンスでは充分でない。
【０００３】
カプラのフィンガ幅は基板と線路インピーダンスとの関数である。通常の線路インピーダンスは標準で５０Ωであり、これは導体幅によって定まる。所定のパラメータのもとでは例えばフィンガ幅は９０μｍ、空隙は６０μｍの値となる。図１に示されているこの寸法はマスプロダクトプロセスでは実現できない。この状況でカプラを実現するためには、図２に示されているように、カプラの後方に低い複合インピーダンスへの出力変換を行う線路変圧器を設ける。これによりフィンガ幅および空隙がそれぞれ２００μｍおよび１２０μｍまで増大し、図２のように製造可能となる。
【０００４】
本発明の利点
請求項１に記載の手段により、ストリップ線路パターン用のカップリング素子をＨＦ基板上に実現することができる。この素子は小さなスペースしか要さず、しかもＨＦ信号に対する充分に広い帯域、すなわち要求されるバンドパス特性のもとで直流電圧の分離を可能にする。
【０００５】
本発明ではＨＦ基板上にエッチングされたフィンガカプラパターンがシリコン支持体上の離散的なモジュールにより実現され、メタライゼーション部を介してＨＦストリップ線路パターンのストリップ導体路へコンタクト接続される。
【０００６】
冒頭に言及したカップリング素子とは異なり、本発明のカップリング素子には帯域幅を後から調整する線路変圧器は必要ない。線路変圧器はカップリング素子を狭帯域化し、特にＨＦスイッチがトポロジ上近傍に配置される場合、振動を発生しやすくするおそれがある。これは特にレーダーの分野での適用に顕著なケースであり、本発明は、特に有利にはこうしたケースにおける前述の障害を効率的に低減することができる。
【０００７】
本発明の解決手段は僅かなコストのみで有利にはピックアンドプレース技術への互換性を達成することができる。ピックアンドプレース技術はストリップ線路パターン上の他のＨＦモジュールについて行われるものである。
【０００８】
本発明の請求項２に記載の手段によれば、フィンガカプラパターンはミアンダ状に構成される。
【０００９】
コンタクト接続はストリップ線路パターンへ通じるメタライゼーション部により行われるが、このメタライゼーション部は請求項３に記載の手段によりスペーサとして実現される。このスペーサはシリコン支持体とＨＦ基板とのあいだの空隙を保証する。こうした構成により正確にプロセスが行われ、フィンガカプラパターンの寸法を考慮に入れた比が得られる。
【００１０】
図面
図に基づき、本発明を従来技術の手段から出発して詳細に説明する。
【００１１】
図１には周知のストリップ線路パターン用のカップリング素子が示されている。図２には線路変圧器を備えた周知のストリップ線路パターン用のカップリング素子が示されている。図３には集積フィンガカプラパターンを備えたＨＦストリップ線路パターンのレイアウトが示されている。図４には本発明のカップリング素子の断面図が示されている。図５には本発明のカップリング素子の平面図が示されている。図６には本発明のカップリング素子のミアンダ状の構造が示されている。図７、図８には従来の技術および本発明でのカップリング素子の周波数特性が示されている。
【００１２】
実施例の説明
図１に示されている周知のカップリング素子はフィンガカプラパターン１を有している。このパターンは相互に平行にオーバラップして延在し、パッド２０で終端するフィンガ形状の２つのストリップ線路を有している。結合はここでは主として容量的に行われる。オーバラップしているフィンガは高周波数信号に対して、直流成分および低周波数成分をブロックする帯域特性を保証する。この種のカップリング素子の長さは２．７５ｍｍであり、パッド幅は０．６３８ｍｍである。図３にはＨＦストリップ線路パターン内部のこのようなフィンガカプラパターンのレイアウトが部分的に示されている。最初に述べたように、このようなカップリング素子をマスプロダクトプロセスで実現するには線路変圧器が必須である。図２にはこうした線路変圧器２を備えたパターンが示されている。このため構造の全長は６．１５ｍｍまで上昇する。
【００１３】
図４、図５の本発明のカップリング素子では、ストリップ線路パターン４は通常のＨＦ基板５上に被着されている。ＨＦ信号のバンドパス特性を保証するフィンガカプラパターン１そのものは薄膜構造体６の離散的なモジュールとしてＨＦ用のシリコン支持体７上に実現される。シリコンの誘電定数が高いため、例えば５０μｍの空隙幅と２０μｍのフィンガ厚さとが得られる。シリコンウェハに使用される薄膜プロセスにより、導体寸法および空隙寸法は１〜２μｍのオーダで実現可能である。ＨＦストリップ線路パターン４のストリップ導体路とフィンガカプラパターン１とのコンタクト接続はメタライゼーション部８を介して行われる。このメタライゼーション部はスペーサ９の形態で設けられており、モジュールの平面状のパッド２０とストリップ線路４とのあいだのいわゆるバンプを形成している。このスペーサ９は接着によりストリップ導体路上に載置され、フィンガカプラパターン１での離散的なモジュールとＨＦ基板５とのあいだに設定された距離を保持する。これはフィンガの寸法がＨＦ基板および線路インピーダンスのみならず付加的にシリコンの特性やＨＦ基板５とモジュールとのあいだの空隙にも依存するため、重要である。これらの寸法およびデータは開発時にともに考慮される。ここでは空隙の高さが重要であることが判明している。これはスペーサにより再現可能に設定される。
【００１４】
有効誘電定数が高誘電性のシリコン支持体のために係数２．２だけ増大されることにより、フィンガ長はこの値の根だけ短縮され、これによりスペースが節約される。さらに５０Ωの系ではインピーダンス変換が必要ないので線路変圧器を省略できることにより、さらに２．６ｍｍが節約される。これによりカプラは６．１５ｍｍ〜２ｍｍまで縮小される（図５を参照）。
【００１５】
ＨＦ基板上の導体幅は０．６４ｍｍであるので、これを完全にモジュールに対して用いることができる。したがってモジュールは０．６ｍｍの幅となり、フィンガパターンはミアンダ状に構成される。こうした手段により長さは１ｍｍまで低減され、パッド幅は０．４ｍｍとなる（図６を参照）。
【００１６】
カップリング素子は支持体７と２つの単純なメタライゼーション部（構造体６およびバンプ２）とからのみ成っており、簡単な半導体プロセスによりきわめて低コストに実現することができる。モジュールはレール上に延在し、別のモジュール１０を実装するための通常の機械を用いて自動的に配置できる。
【００１７】
図７、図８には従来の実施態様と本発明の実施態様とにおける周波数特性が示されており、ここで周波数はＧＨｚ、減衰量はｄＢで表されている。図７には参照番号１１でＳ１１パラメータが示されており、参照番号１２で図２のパターンのＳ２１パラメータが示されている。参照番号１３で図１のパターンのＳ１１パラメータが示されており、参照番号１４ではＳ２１パラメータが示されている。
【００１８】
図８には参照番号１５で本発明の図５のパターンのＳ１１パラメータが示されており、参照番号１６でＳ２１パラメータが示されている。本発明のパターンでは、改善されたバンドパス特性、すなわち透過領域で高い帯域幅が見て取れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
周知のカップリング素子を示す図である。
【図２】
線路変圧器を備えた周知のカップリング素子を示す図である。
【図３】
集積フィンガカプラパターンを備えたＨＦストリップ線路パターンのレイアウトを示す図である。
【図４】
本発明のカップリング素子の断面図である。
【図５】
本発明のカップリング素子の平面図である。
【図６】
本発明のカップリング素子のミアンダ状の構造を示す図である。
【図７】
従来技術でのカップリング素子の周波数特性を示す図である。
【図８】
本発明でのカップリング素子の周波数特性を示す図である。

Claims (6)

1. フィンガカプラパターン（１）から成るＨＦ基板（５）上のＨＦストリップ線路パターン（４）用のカップリング素子において、
   薄膜構造体（６）としてシリコン支持体（７）上に実現されており、
   メタライゼーション部（８）を介してＨＦストリップ線路パターン（４）のストリップ導体路へコンタクト接続されている
   ことを特徴とするＨＦストリップ線路パターン用のカップリング素子。
2. フィンガカプラパターン（１）はミアンダ状に構成されている、請求項１記載の素子。
3. ストリップ導体路へ通じるメタライゼーション部（８）はスペーサ（９）の形態で設けられており、該スペーサは例えばシリコン支持体（７）をストリップ導体路上へ被着する際にシリコン支持体（７）とＨＦ基板とのあいだに所定の空隙が形成されることを保証する、請求項１または２記載の素子。
4. フィンガカプラパターン（１）とメタライゼーション部とをコンタクト接続するために、平面的なパッド（２０）が薄膜構造体（６）内に設けられる、請求項１から３までのいずれか１項記載の素子。
5. シリコン支持体（７）上の薄膜構造体（６）はピックアンドプレース製造技術に対して互換性のあるように構成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の素子。
6. 例えばレーダーの分野での適用に対して、直流成分および低周波数成分を同時にブロックする高周波数信号用のバンドパスフィルタとして使用する
   ことを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項記載の容量性カップリング素子の使用法。

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