JP2005286617A - Delay line - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、シリコン基板にくぼみを設け、そのくぼみの内側にらせん状に導体パターンをパターニングし、かつ部分的にグランド導体との間にコンデンサを作成した遅延線路に関するものである。 The present invention relates to a delay line in which a recess is provided in a silicon substrate, a conductor pattern is patterned in a spiral shape inside the recess, and a capacitor is partially formed between the recess and a ground conductor.
従来の線路は、入力端子、出力端子近傍の第1、第2のMEMSスイッチが通過状態、整合用の第1、第2のスタブ線路に挟まれた第3のMEMSスイッチが開放状態の場合、第1、第2のスタブ線路により第3のMEMSスイッチの反射波は180度の位相を作る回路パターンに影響を与えない。180度の位相を作る回路パターンの線路部分に相当するインダクタのインダクタンス値LとMIMコンデンサの容量値Cを適当に選択することで180度位相を得るための回路のインピーダンスは、概ね√(L/C)=50オームとすることが可能である。また、線路の等価的な伝播定数は√(LC)に比例するため、大きなLとCを用いることで全体の長さを短くすることが可能で、小型な回路を得ることができる(例えば、非特許文献1参照)。 In the conventional line, when the first and second MEMS switches near the input terminal and the output terminal are in a passing state, and when the third MEMS switch sandwiched between the first and second stub lines for matching is in an open state, The reflected wave of the third MEMS switch by the first and second stub lines does not affect the circuit pattern that creates a phase of 180 degrees. The impedance of the circuit for obtaining the 180-degree phase by appropriately selecting the inductance value L of the inductor corresponding to the line portion of the circuit pattern that creates the 180-degree phase and the capacitance value C of the MIM capacitor is approximately √ (L / C) = 50 ohms may be possible. Moreover, since the equivalent propagation constant of the line is proportional to √ (LC), the overall length can be shortened by using large L and C, and a small circuit can be obtained (for example, Non-patent document 1).
上記のような工夫により大きい位相遅延を作り出す線路を小型化することが可能であるが、広い周波数帯域で有効に動作するには、線路に対応するインダクタとコンデンサで構成される区間が波長に比べて十分短い必要がある。 Although it is possible to reduce the size of the line that creates a larger phase delay in the above-mentioned device, in order to operate effectively in a wide frequency band, the section composed of the inductor and capacitor corresponding to the line is compared with the wavelength. Need to be short enough.
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、断面寸法が小さく、かつ通過損失も小さく、さらに位相の変化量が大きい遅延線路を得るものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain a delay line having a small cross-sectional dimension, a small passage loss, and a large phase change amount.
この発明に係る遅延線路は、基板上に形成され、複数のコイルから構成されるらせん状導体線路と、前記基板上に形成されたグランド導体と、前記基板上に形成され、前記らせん状導体線路の複数のコイルにそれぞれ接続された複数の電極と前記グランド導体の間で形成された複数のコンデンサとを設けたものである。 The delay line according to the present invention is formed on a substrate and formed of a plurality of coils, a spiral conductor line, a ground conductor formed on the substrate, and the spiral conductor line formed on the substrate. A plurality of electrodes respectively connected to the plurality of coils and a plurality of capacitors formed between the ground conductors are provided.
この発明に係る遅延線路は、断面寸法が小さく、かつ通過損失も小さく、さらに位相の変化量が大きいという効果を奏する。 The delay line according to the present invention has an effect that the cross-sectional dimension is small, the passage loss is small, and the phase change amount is large.
実施の形態1.
この発明の実施の形態1に係る遅延線路について図1及び図2を参照しながら説明する。図1は、この発明の実施の形態1に係る遅延線路の構成を示す斜視図である。また、図2は、図1の遅延線路の等価回路を示す図である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
Embodiment 1 FIG.
A delay line according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 is a perspective view showing a configuration of a delay line according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing an equivalent circuit of the delay line in FIG. In addition, in each figure, the same code | symbol shows the same or equivalent part.
図1において、遅延線路は、入出力端子1、3と、入出力端子1と対になるグランド端子2と、入出力端子3と対になるグランド端子4と、一番目のコイル10と、二番目のコイル11と、三番目のコイル12と、四番目のコイル13と、グランド導体21と、コイル10とグランド導体21の間に作成したコンデンサ22と、コイル11とグランド導体21の間に作成したコンデンサ23と、コイル12とグランド導体21の間に作成したコンデンサ24と、コイル13とグランド導体21の間に作成したコンデンサ25とが設けられている。
In FIG. 1, the delay line includes input / output terminals 1 and 3, a
図2において、コイル30は図1のコイル10に対応し、コイル31は図1のコイル11に対応し、コイル32は図1のコイル12に対応し、コイル33は図1のコイル13に対応している。また、コンデンサ34は図1のコンデンサ22に対応し、コンデンサ35は図1のコンデンサ23に対応し、コンデンサ36は図1のコンデンサ24に対応し、コンデンサ37は図1のコンデンサ25に対応している。さらに、端子40は図1の入出力端子1に対応し、端子41は図1の入出力端子3に対応している。なお、コイルのインダクタンスはすべてL、コンデンサのキャパシタンスはCとする。
2, the
つぎに、この実施の形態1に係る遅延線路の動作について図面を参照しながら説明する。 Next, the operation of the delay line according to the first embodiment will be described with reference to the drawings.
図1において、入出力端子1より入力された高周波信号は、コイル10、11、12、13を経て入出力端子3に出力されるが、この間、グランド導体21との間にコンデンサ22、23、24、25が挿入されている。このため、線路としてのインピーダンスは、およそ√(L/C)で表される。一方、単位長さあたりの位相の変化量は√(LC)に比例する。
In FIG. 1, the high-frequency signal input from the input / output terminal 1 is output to the input / output terminal 3 through the
高周波用の線路として望ましいインピーダンスは50オームであるため、これのインピーダンスを実現するためのLとCの比は一意に決まる。また、位相の変化量を大きくするためにはLとCの積を大きくするか、あるいは多くのLCをもちいればよい。図1の線路は微細加工を用いることで単位長さあたりに多くのLとCを挿入することができ、かつコイルをらせん状にすることで大きなLを実現でき、コンデンサの電極間の間隔を狭くすることで大きなCが得られる。 Since a desirable impedance for a high-frequency line is 50 ohms, the ratio of L and C for realizing this impedance is uniquely determined. Further, in order to increase the amount of phase change, the product of L and C may be increased or many LCs may be used. The line shown in FIG. 1 can insert a large amount of L and C per unit length by using microfabrication, and can realize a large L by making the coil spiral, and the interval between the electrodes of the capacitor can be reduced. Large C can be obtained by narrowing.
このようにして、図1の線路は、50オームのインピーダンスと大きな位相の変化量を得ることができる。 In this way, the line of FIG. 1 can obtain an impedance of 50 ohms and a large phase change.
また、コイルの大きさを場所ごとに変化させ、コイルのインダクタンスを場所ごとに異なるものとし、あるいはコンデンサの大きさを場所ごとに変化させ、コンデンサのキャパシタンスを場所ごとに異なるものとすることで、場所ごとのインピーダンスを変化させ、たとえば低域通過フィルタのように特定の周波数の信号のみを通過させたり、阻止したりすることが可能な線路も実現できる。 Also, by changing the size of the coil from place to place and changing the inductance of the coil from place to place, or changing the size of the capacitor from place to place and changing the capacitance of the capacitor from place to place, It is also possible to realize a line that changes the impedance for each place and can pass or block only a signal having a specific frequency, such as a low-pass filter.
実施の形態2.
この発明の実施の形態2に係る遅延線路について図3から図5までを参照しながら説明する。図3は、この発明の実施の形態2に係る遅延線路の構成を示す斜視図である。
A delay line according to
図3において、シリコン基板100に、微小な凹部101がエッチングにより開けられている。金の線路201、202、203、204、205が上記凹部101の底面と側面に形成されている。また、橋状の金の線路301、302、303、304、305、306が上記凹部101の開口面および上記シリコン基板100の上面に形成されている。このうち、橋状の金の線路305、306は、入出力端子である。グランド導体316は、シリコン基板100上に設けられている。グランド端子314は、入出力端子305と対になり、グランド導体316と接続されている。グランド端子315は、入出力端子306と対になり、グランド導体316と接続されている。
In FIG. 3, a
また、金の線路301の一端にはグランド導体316と薄い誘電体膜で隔てられたコンデンサの上部電極310が電気的に接続されており、金の線路302の一端にはグランド導体316と薄い誘電体膜で隔てられたコンデンサの上部電極311が電気的に接続されており、金の線路303の一端にはグランド導体316と薄い誘電体膜で隔てられたコンデンサの上部電極312が電気的に接続されており、金の線路304の一端にはグランド導体316と薄い誘電体膜で隔てられたコンデンサの上部電極313が電気的に接続されている。
Also, a capacitor
ここで、この発明の実施の形態2に係る遅延線路の製造方法について図4及び図5を参照しながら説明する。図4及び図5は、この発明の実施の形態2に係る遅延線路の製造方法を示す図である。 Here, a delay line manufacturing method according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 and 5 are diagrams showing a method of manufacturing a delay line according to the second embodiment of the present invention.
まず、図4に示すように、シリコン基板100にウェットエッチングを施し、深さ30μmほどの凹部101を設ける。凹部101を持つ基板として、シリコンウェハを用い、エッチングあるいは機械加工等により凹部101を形成する他に、凹部101を持つ基板としてガラスを用い、エッチングあるいはサンドブラスあるいは機械加工等により凹部101を形成してもよい。
First, as shown in FIG. 4, the
次に、図5に示すように、金をスパッタし、フォトエッチングにより2μmほどの厚みの金の線路201、202、203、204、205を凹部101の底面と側面に残す。このとき、各々の線路の両端がシリコン基板100の上面にわずかに残るようにしておく。また、凹部101の脇のシリコン基板100上にグランド導体316となるパターンを残す。
Next, as shown in FIG. 5, gold is sputtered, and
次に、犠牲層としてたとえばフォトレジストを凹部101に充填し、シリコン基板100の上面と同じ面で平坦化する。このとき、金の線路201から205までの各々の線路の両端の部分が見えるようにする。
Next, as a sacrificial layer, for example, a photoresist is filled in the
次に、窒化シリコンのような誘電体膜をスパッタし、コンデンサの上部電極310から313までの下側のみを残してフォトエッチングにより取り除く。
Next, a dielectric film such as silicon nitride is sputtered and removed by photoetching, leaving only the lower side from the
次に、金をスパッタし、フォトエッチングにより2μmほどの厚みの金の線路301、302、303、304、305、306、314、315を残す。
Next, gold is sputtered, and
最後に、犠牲層として凹部101に充填していたフォトレジストをウェットエッチングで取り除くことで、金の線路305、201、301、202、302、203、303、204、304、205、306とつづく一本の線路が得られる。
Finally, the photoresist filling the
つぎに、この実施の形態2に係る遅延線路の動作について図面を参照しながら説明する。 Next, the operation of the delay line according to the second embodiment will be described with reference to the drawings.
図3において、線路の入力端子となる金の線路305より高周波信号が入力されると、金の線路201、301、202、302、203、303、204、304、205の順で信号が伝達され、線路の出力端子となる金の線路306より出力される。
In FIG. 3, when a high-frequency signal is input from a
このように電流がらせん状に流れるため、金の線路301、302、303、304に流れる電流の向きは等しく、また、金の線路201、202、203、204、205に流れる電流の向きも等しくなる。このため、コイルとしてのインダクタンス値は大きい。また、凹部101の中に磁界が閉じ込められるように発生するが、この部分は中空になっているため損失がほとんど無い。このためこの線路は低損失となる。また、金の線路301、302、303、304の片側に設けられた4つのコンデンサが√(L/C)=50になるように設計されているので、線路のインピーダンスは高周波回路に適した50オームとなっている。また、大きなインダクタンス値と大きなキャパシタンス値が微細加工により得られているので、信号が端子305から端子306へ伝播する間の位相の変化量は非常に大きい。
Since the current flows in a spiral manner, the direction of the current flowing through the
ここで用いた基板の材質は、シリコン以外にもガラスなど微細な加工が可能な材料であれば利用できる。また、信号線に用いた金属は金以外にもフォトリソグラフィー技術によりパターンが作成できるものなら利用できる。金属の線路の厚みは利用する周波数の表皮深さ以上であることが望ましい。 The material of the substrate used here can be any material other than silicon, such as glass, that can be finely processed. The metal used for the signal line can be any metal other than gold as long as a pattern can be created by photolithography. The thickness of the metal line is preferably equal to or greater than the skin depth of the frequency used.
なお、窒化シリコン膜(誘電体膜)のエッチングをコンデンサの部分だけでなく全体を覆うように残すことで、凹部101を大きく作成する際に機械的な強度を得ることができる。ただし、この場合には金の線路201、202、203、204、205と301、302、303、304、305、306がつながるように窒化シリコン膜の一部に穴を開けておく必要がある。また、グランド端子314、315とグランド導体316がつながるように窒化シリコン膜の一部に穴を開けておく必要がある。
By leaving the etching of the silicon nitride film (dielectric film) so as to cover not only the capacitor portion but also the entire portion, mechanical strength can be obtained when the
また、上記のように窒化シリコン膜(誘電体膜)を凹部101の上部全面に残す場合には、窒化シリコン膜をスパッタする前に、金をスパッタし、金の線路301、302、303、304、305、306、314、315をパターニングした後に、窒化シリコン膜をスパッタすることも可能であり、この場合には窒化シリコン膜の上部の設けるコンデンサの上部電極パターン310、311、312、313と金の線路301、302、303、304、305、306、314、315を接続するための穴を窒化シリコン膜に開けておく必要がある。
When the silicon nitride film (dielectric film) is left on the entire upper surface of the
さらに、金の線路201、202、203、204、205を凹部101の底面および側面に加工せず、犠牲層としてフォトレジストを凹部101に充填し、平坦化を行った後、金をスパッタし、金の線路201、202、203、204、205、およびコンデンサのグランド導体パターン316をフォトレジスト上にパターニングし、さらに窒化シリコンをスパッタし、金の線路201、202、203、204、205のそれぞれの両端の部分に接続のための孔を穿ったあと、金をスパッタし、金の線路301、302、303、304、305、306、314、315とコンデンサの上部電極パターン310、311、312、313をパターニングすることで、金の線路305、201、301、202、302、203、303、204、304、205、306とつづく一本の線路が窒化シリコン膜(誘電体膜)の上下をらせん状に回転するような構造が得られる。このように、加工することで、シリコン基板の損失の影響をあまり受けないような遅延線路が得られる。
Further, the
実施の形態3.
この発明の実施の形態3に係る遅延線路について図6を参照しながら説明する。図6は、この発明の実施の形態3に係る遅延線路の構成を示す斜視図である。
Embodiment 3 FIG.
A delay line according to Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIG. 6 is a perspective view showing a configuration of a delay line according to Embodiment 3 of the present invention.
図6において、シリコン基板100に、微小な凹部101、102がエッチングにより開けられている。金の線路201、202、203、204、205、221、222、223、224、225が上記凹部101、102の底面と側面に形成されている。橋状の金の線路301、302、303、304、305、306、321、322、323、324、325、326が上記凹部101、102の開口面および上記シリコン基板100の上面に形成されている。このうち、金の線路305、306、325、326は入出力端子である。
In FIG. 6, minute recesses 101 and 102 are opened in a
また、金の線路301の一端にはコンデンサの上部電極310が電気的に接続されており、薄い誘電体膜で隔てられた同じコンデンサの下部電極は金の線路221に接続されている。同様に、金の線路302の一端にはコンデンサの上部電極311が電気的に接続されており、薄い誘電体膜で隔てられた同じコンデンサの下部電極は金の線路222に接続されている。同様に、金の線路303の一端にはコンデンサの上部電極312が電気的に接続されており、薄い誘電体膜で隔てられた同じコンデンサの下部電極は金の線路223に接続されている。同様に、金の線路304の一端にはコンデンサの上部電極313が電気的に接続されており、薄い誘電体膜で隔てられた同じコンデンサの下部電極は金の線路224に接続されている。
Further, an
ここで、この発明の実施の形態3に係る遅延線路の製造方法について説明する。 Here, a method for manufacturing the delay line according to the third embodiment of the present invention will be described.
まず、シリコン基板100にウェットエッチングを施し、深さ30μmほどの2つの凹部101、102を設ける。
First, wet etching is performed on the
次に、金をスパッタし、フォトエッチングにより2μmほどの厚みの金の線路201、202、203、204、205、221、222、223、224、225、およびコンデンサの下部電極を凹部101、102の底面と側面に残す。このとき、各々の線路の両端がシリコン基板100の上面にわずかに残るようにしておく。
Next, gold is sputtered and
次に、犠牲層としてたとえばフォトレジストを凹部101、102に充填し、シリコン基板100の上面と同じ面で平坦化する。このとき、金の線路201から205、221から225までの各々の線路の両端の部分が見えるようにする。
Next, for example, a photoresist is filled in the
次に、窒化シリコンのような誘電体膜をスパッタし、コンデンサの上部電極310から313までの部分のみを残してフォトエッチングにより取り除く。
Next, a dielectric film such as silicon nitride is sputtered and removed by photoetching leaving only the portions from the
次に、金をスパッタし、フォトエッチングにより2μmほどの厚みの金の線路301、302、303、304、305、306、321、322、323、324、325、326およびコンデンサの上部電極310、311、312、313を残す。
Next, gold is sputtered, and
最後に、犠牲層として凹部101、102に充填していたフォトレジストをウェットエッチングで取り除くことで、金の線路305、201、301、202、302、203、303、204、304、205、306とつづく一本の線路と、金の線路325、221、321、222、322、223、323、224、324、225、326とつづくもう一本の線路が得られる。
Finally, the photoresist filled in the
つぎに、この実施の形態3に係る遅延線路の動作について図面を参照しながら説明する。 Next, the operation of the delay line according to the third embodiment will be described with reference to the drawings.
図6において、線路の入力端子となる金の線路305より高周波信号が入力されると、金の線路201、301、202、302、203、303、204、304、205の順で信号が伝達され、線路の出力端子となる金の線路306より出力される。
In FIG. 6, when a high-frequency signal is input from a
このように電流がらせん状に流れるため、金の線路301、302、303、304に流れる電流の向きは等しく、また、金の線路201、202、203、204、205に流れる電流の向きも等しくなる。このため、コイルとしてのインダクタンス値は大きい。また、凹部101の中に磁界が閉じ込められるように発生するが、この部分は中空になっているため損失がほとんど無い。このためこの線路は低損失となる。
Since the current flows in a spiral manner, the direction of the current flowing through the
別の線路の入力端子となる金の線路325より高周波信号が入力されると、金の線路221、321、222、322、223、323、224、324、225の順で信号が伝達され、出力端子となる金の線路326より出力される。
When a high frequency signal is input from a
このように電流がらせん状に流れるため、金の線路321、322、323、324に流れる電流の向きは等しく、また、金の線路221、222、223、224、225に流れる電流の向きも等しくなる。このため、コイルとしてのインダクタンス値は大きい。また、凹部102の中に磁界が閉じ込められるように発生するが、この部分は中空になっているため損失がほとんど無い。このためこの線路も低損失となる。
Since the current flows spirally, the direction of the current flowing through the
また、2つの線路間に設けられた4つのコンデンサが√(2L/C)=50になるように設計されているので、線路間のインピーダンスは高周波平衡回路に適した100オームとなっている。また、大きなインダクタンス値と大きなキャパシタンス値が微細加工により得られているので平衡信号が端子対305、325から端子対306、326へ伝播する間の位相の変化量は非常に大きい。
In addition, since the four capacitors provided between the two lines are designed so that √ (2L / C) = 50, the impedance between the lines is 100 ohms suitable for a high-frequency balanced circuit. Further, since a large inductance value and a large capacitance value are obtained by microfabrication, the amount of phase change during propagation of the balanced signal from the
ここで用いた基板の材質は、シリコン以外にもガラスなど微細な加工が可能な材料であれば利用できる。また、信号線に用いた金属は、金以外にもフォトリソグラフィー技術によりパターンが作成できるものなら利用できる。金属の線路の厚みは利用する周波数の表皮深さ以上であることが望ましい。 The material of the substrate used here can be any material other than silicon, such as glass, that can be finely processed. The metal used for the signal line can be any metal other than gold as long as a pattern can be created by photolithography. The thickness of the metal line is preferably equal to or greater than the skin depth of the frequency used.
また、窒化シリコン膜のエッチングをコンデンサの部分だけでなく全体を覆うように残すことで凹部101、102を大きく作成する際に機械的な強度を得ることができる。ただし、この場合には金の線路201、202、203、204、205、221、222、223、224、225と301、302、303、304、305、306、321、322、323、324、325、326がつながるように窒化シリコン膜の一部に穴を開けておく必要がある。
Further, by leaving etching of the silicon nitride film so as to cover not only the capacitor portion but also the entire portion, mechanical strength can be obtained when the
実施の形態4.
この発明の実施の形態4に係る遅延線路について図7を参照しながら説明する。図7は、この発明の実施の形態4に係る遅延線路の構成を示す斜視図である。
Embodiment 4 FIG.
A delay line according to Embodiment 4 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a perspective view showing a configuration of a delay line according to Embodiment 4 of the present invention.
図7において、シリコン基板100に、微小な凹部101がエッチングにより開けられている。金の線路501、502、503、504、505、506が上記凹部101の底面と側面に形成されている。橋状の金の線路601、602、603、604、605、606、607、608が上記凹部101の開口部の上面に形成されている。このうち、橋状の金の線路601、602、607、608は入出力端子である。これらの金の線路601、501、603、503、605、505、607が一続きのらせんになるように、また、金の線路602、502、604、504、606、506、608が一続きのらせんになるようにシリコン基板100上で接続されている。
In FIG. 7, a
また、金の線路603の一端にはコンデンサの上部電極610が電気的に接続されており、金の線路604の一端にはコンデンサの上部電極611が電気的に接続されており、薄い誘電体膜で隔てられたコンデンサの下部電極614と重なっている。同様に、金の線路605の一端にはコンデンサの上部電極612が電気的に接続されており、金の線路606の一端にはコンデンサの上部電極613が電気的に接続されており、薄い誘電体膜で隔てられたコンデンサの下部電極615と重なっている。
Further, a capacitor
ここで、この発明の実施の形態4に係る遅延線路の製造方法について説明する。 Here, a method for manufacturing a delay line according to the fourth embodiment of the present invention will be described.
まず、シリコン基板100にウェットエッチングを施し、深さ30μmほどの凹部101を設ける。
First, wet etching is performed on the
次に、金をスパッタし、フォトエッチングにより2μmほどの厚みの金の線路501、502、503、504、505、506およびコンデンサの下部電極614、615を凹部101の底面と側面およびシリコン基板100上面に残す。このとき、各々の線路の両端がシリコン基板100の上面にわずかに残るようにしておく。
Next, gold is sputtered, and
次に、犠牲層としてたとえばフォトレジストを凹部101に充填し、シリコン基板100の上面と同じ面で平坦化する。このとき、金の線路501から506までの各々の線路の両端の部分が見えるようにする。
Next, as a sacrificial layer, for example, a photoresist is filled in the
次に、窒化シリコンのような誘電体膜をスパッタし、コンデンサの上部電極610、611、612、613の下側のみを残してフォトエッチングにより取り除く。
Next, a dielectric film such as silicon nitride is sputtered and removed by photoetching, leaving only the lower side of the
次に、金をスパッタし、フォトエッチングにより2μmほどの厚みの金の線路601、602、603、604、605、606、607、608とコンデンサの上部電極610、611、612、613を残す。
Next, gold is sputtered, and
最後に、犠牲層として凹部101に充填していたフォトレジストをウェットエッチングで取り除くことで、金の線路601、501、603、503、605、505、607とつづくらせん状線路と、金の線路602、502、604、504、606、506、608とつづくもう一本のらせん状線路とが得られる。
Finally, the photoresist filled in the
つぎに、この実施の形態4に係る遅延線路の動作について図面を参照しながら説明する。 Next, the operation of the delay line according to the fourth embodiment will be described with reference to the drawings.
図7において、線路の入力端子となる金の線路601より高周波信号が入力されると、金の線路501、603、503、605、505、607の順で信号が伝達され、出力端子となる金の線路607より出力される。
In FIG. 7, when a high frequency signal is input from a
このように電流がらせん状に流れるため、金の線路601、603、605、607に流れる電流の向きは等しく、また、金の線路501、503、505に流れる電流の向きも等しくなる。このため、コイルとしてのインダクタンス値は大きい。また、凹部101の中に磁界が閉じ込められるように発生するが、この部分は中空になっているため損失がほとんど無い。このためこの線路は低損失となる。
Since the current flows in a spiral shape in this way, the directions of the currents flowing through the
別の線路の入力端子となる金の線路602より高周波信号が入力されると、金の線路502、604、504、606、506、608の順で信号が伝達され、出力端子となる金の線路608より出力される。
When a high-frequency signal is input from a
このように電流がらせん状に流れるため、金の線路602、604、606、608に流れる電流の向きは等しく、また、金の線路502、504、506に流れる電流の向きも等しくなる。このため、コイルとしてのインダクタンス値は大きい。また、凹部101の中に磁界が閉じ込められるように発生するが、この部分は中空になっているため損失がほとんど無い。このためこの線路も低損失となる。
Since the current flows in a spiral shape in this way, the direction of the current flowing through the
また、上部電極610と下部電極614で構成されるコンデンサと、上部電極611と下部電極614で構成されるコンデンサと、上部電極612と下部電極615で構成されるコンデンサと、上部電極613と下部電極615で構成されるコンデンサが、2つのらせん状線路間のインピーダンスが高周波平衡回路に適した100オームとなるように設計されているので、外部の回路との整合が取れる。また、大きなインダクタンス値と大きなキャパシタンス値が微細加工により得られているので、平衡信号が端子対601、602から端子対607、608へ伝播する間の位相の変化量は非常に大きい。
Further, a capacitor composed of an
ここで用いた基板の材質は、シリコン以外にもガラスなど微細な加工が可能な材料であれば利用できる。また、信号線に用いた金属は、金以外にもフォトリソグラフィー技術によりパターンが作成できるものなら利用できる。金属の線路の厚みは利用する周波数の表皮深さ以上であることが望ましい。 The material of the substrate used here can be any material other than silicon, such as glass, that can be finely processed. The metal used for the signal line can be any metal other than gold as long as a pattern can be created by photolithography. The thickness of the metal line is preferably equal to or greater than the skin depth of the frequency used.
なお、窒化シリコン膜(誘電体膜)のエッチングをコンデンサの部分だけでなく全体を覆うように残すことで凹部101を大きく作成する際に機械的な強度を得ることができる。ただし、この場合、凹部101に設けた金の線路501、502、503、504、505、506と窒化シリコン膜上の金の線路601、602、603、604、605、606、607、608とがつながるように窒化シリコン膜の一部に穴を開けておく必要がある。
In addition, when the silicon nitride film (dielectric film) is etched so as to cover not only the capacitor portion but also the entire portion, mechanical strength can be obtained when the
また、上記のように窒化シリコン膜(誘電体膜)を凹部101の上部全面に残す場合には、窒化シリコン膜をスパッタする前に、金をスパッタし、金の線路601、602、603、604、605、606、607、608をパターニングした後に、窒化シリコン膜をスパッタすることも可能であり、この場合には窒化シリコン膜の上部の設けるコンデンサの上部電極パターン610、611、612、613と金の線路601、602、603、604、605、606、607、608を接続するための穴を窒化シリコン膜に開けておく必要がある。
When the silicon nitride film (dielectric film) is left on the entire upper surface of the
また、金の線路501、502、503、504、505、506を凹部101の底面および側面に加工せず、犠牲層としてフォトレジストを凹部101に充填し、平坦化を行った後、金をスパッタし、金の線路501、502、503、504、505、506、およびコンデンサの下部電極パターン614、615をフォトレジスト上にパターニングし、さらに窒化シリコンをスパッタし、金の線路501、502、503、504、505、506のそれぞれの両端の部分に接続のための孔を穿ったあと、金をスパッタし、金の線路601、602、603、604、605、606、607、608とコンデンサの上部電極パターン610、611、612、613をパターニングすることで、金の線路601、501、603、503、605、505、607とつづくらせん状線路と、金の線路602、502、604、504、606、506、608とつづくらせん状線路が窒化シリコン膜の上下をらせん状に回転するような構造が得られる。このように、加工することで、シリコン基板の損失の影響をあまり受けないような遅延線路が得られる。
In addition, the
1 入出力端子、2 グランド端子、3 入出力端子、4 グランド端子、10 一番目のコイル、11 二番目のコイル、12 三番目のコイル、13 四番目のコイル、21 グランド導体、22 コンデンサ、23 コンデンサ、24 コンデンサ、25 コンデンサ、100 シリコン基板、101、102 凹部、201、202、203、204、205、221、222、223、224、225 金の線路、301、302、303、304、305、306、321、322、323、324、325、326 橋状の金の線路、310、311、312、313 コンデンサの上部電極、314 グランド端子、315 グランド端子、316 グランド導体、501、502、503、504、505、506 金の線路、601、602、603、604、605、606、607、608 橋状の金の線路、610、611、612、613 コンデンサの上部電極、614、615 コンデンサの下部電極。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Input / output terminal, 2 Ground terminal, 3 Input / output terminal, 4 Ground terminal, 10 1st coil, 11 2nd coil, 12 3rd coil, 13 4th coil, 21 Ground conductor, 22 Capacitor, 23 Capacitor, 24 capacitor, 25 capacitor, 100 silicon substrate, 101, 102 recess, 201, 202, 203, 204, 205, 221, 222, 223, 224, 225 gold line, 301, 302, 303, 304, 305, 306, 321, 322, 323, 324, 325, 326 Bridge-shaped gold line, 310, 311, 312, 313 Capacitor upper electrode, 314 Ground terminal, 315 Ground terminal, 316 Ground conductor, 501, 502, 503, 504, 505, 506 Gold line, 601 02,603,604,605,606,607,608 bridges like gold line, the upper electrode of 610,611,612,613 capacitors, 614 and 615 a lower electrode of the capacitor.
Claims (12)
前記基板上に形成されたグランド導体と、
前記基板上に形成され、前記らせん状導体線路の複数のコイルにそれぞれ接続された複数の電極と前記グランド導体の間で形成された複数のコンデンサと
を備えたことを特徴とする遅延線路。 A helical conductor line formed on a substrate and composed of a plurality of coils;
A ground conductor formed on the substrate;
A delay line comprising: a plurality of electrodes formed on the substrate and respectively connected to a plurality of coils of the spiral conductor line; and a plurality of capacitors formed between the ground conductors.
前記凹部の表面にパターニングされた複数の第1の導体線路と、
前記凹部の開口面に橋状に形成された複数の第2の導体線路と、
前記複数の第2の導体線路の他端にそれぞれ接続された複数の電極と、
前記基板上に形成されたグランド導体とを備え、
前記第1の導体線路の一端と前記第2の導体線路の一端が接続され、前記第1の導体線路の他端と前記第2の導体線路の他端が接続されて複数のコイルが形成され、全体で1つのらせん状導体線路が形成され、前記複数の電極と前記グランド導体の間で複数のコンデンサが形成される
ことを特徴とする遅延線路。 A substrate having a recess,
A plurality of first conductor lines patterned on the surface of the recess;
A plurality of second conductor lines formed in a bridge shape on the opening surface of the recess;
A plurality of electrodes respectively connected to the other ends of the plurality of second conductor lines;
A ground conductor formed on the substrate,
One end of the first conductor line and one end of the second conductor line are connected, and the other end of the first conductor line and the other end of the second conductor line are connected to form a plurality of coils. A delay line, wherein one spiral conductor line is formed as a whole, and a plurality of capacitors are formed between the plurality of electrodes and the ground conductor.
前記複数の第2の導体線路は、前記誘電体膜の上面に形成され、
前記第1の導体線路の一端と前記第2の導体線路の一端が前記誘電体膜を貫通して接続され、前記第1の導体線路の他端と前記第2の導体線路の他端が前記誘電体膜を貫通して接続されて複数のコイルが形成され、全体で1つのらせん状導体線路が形成され、前記複数の電極と前記グランド導体の間で複数のコンデンサが形成される
ことを特徴とする請求項2記載の遅延線路。 It further comprises a dielectric film formed so as to cover the opening surface of the recess,
The plurality of second conductor lines are formed on an upper surface of the dielectric film,
One end of the first conductor line and one end of the second conductor line are connected through the dielectric film, and the other end of the first conductor line and the other end of the second conductor line are connected to each other. A plurality of coils are formed by being connected through the dielectric film to form one spiral conductor line as a whole, and a plurality of capacitors are formed between the plurality of electrodes and the ground conductor. The delay line according to claim 2.
前記複数の第2の導体線路は、前記誘電体膜の下面に形成され、
前記複数の電極は、前記誘電体膜を貫通して前記複数の第2の導体線路の他端にそれぞれ接続され、前記複数の電極と前記グランド導体の間で複数のコンデンサが形成される
ことを特徴とする請求項2記載の遅延線路。 It further comprises a dielectric film formed so as to cover the opening surface of the recess,
The plurality of second conductor lines are formed on a lower surface of the dielectric film,
The plurality of electrodes are respectively connected to the other ends of the plurality of second conductor lines through the dielectric film, and a plurality of capacitors are formed between the plurality of electrodes and the ground conductor. The delay line according to claim 2, wherein:
前記凹部の開口面を覆うように形成された誘電体膜と、
前記誘電体膜の下面に形成された複数の第1の導体線路と、
前記誘電体膜の上面に形成された複数の第2の導体線路と、
前記複数の第2の導体線路の他端にそれぞれ接続された複数の電極と、
前記基板上に形成されたグランド導体とを備え、
前記第1の導体線路の一端と前記第2の導体線路の一端が前記誘電体膜を貫通して接続され、前記第1の導体線路の他端と前記第2の導体線路の他端が前記誘電体膜を貫通して接続されて複数のコイルが形成され、全体で1つのらせん状導体線路が形成され、前記複数の電極と前記グランド導体の間で複数のコンデンサが形成される
ことを特徴とする遅延線路。 A substrate having a recess,
A dielectric film formed to cover the opening surface of the recess;
A plurality of first conductor lines formed on the lower surface of the dielectric film;
A plurality of second conductor lines formed on the top surface of the dielectric film;
A plurality of electrodes respectively connected to the other ends of the plurality of second conductor lines;
A ground conductor formed on the substrate,
One end of the first conductor line and one end of the second conductor line are connected through the dielectric film, and the other end of the first conductor line and the other end of the second conductor line are connected to each other. A plurality of coils are formed by being connected through the dielectric film to form one spiral conductor line as a whole, and a plurality of capacitors are formed between the plurality of electrodes and the ground conductor. A delay line.
前記凹部の表面に互いに隣接してパターニングされた複数の第1及び第2の導体線路と、
前記凹部の開口面に互いに隣接して橋状に形成された複数の第3及び第4の導体線路と、
前記複数の第3及び第4の導体線路の他端にそれぞれ接続された複数の電極と、
前記基板上に形成されたグランド導体とを備え、
前記第1及び第2の導体線路の一端と前記第3及び第4の導体線路の一端が接続され、前記第1及び第2の導体線路の他端と前記第3及び第4の導体線路の他端が接続されて複数のコイルが形成され、全体で2つのらせん状導体線路が形成され、前記複数の電極と前記グランド導体との間で複数のコンデンサが形成される
ことを特徴とする遅延線路。 A substrate having a recess,
A plurality of first and second conductor lines patterned adjacent to each other on the surface of the recess;
A plurality of third and fourth conductor lines formed in a bridge shape adjacent to each other on the opening surface of the recess;
A plurality of electrodes respectively connected to the other ends of the plurality of third and fourth conductor lines;
A ground conductor formed on the substrate,
One end of the first and second conductor lines and one end of the third and fourth conductor lines are connected, and the other end of the first and second conductor lines and the third and fourth conductor lines The other end is connected to form a plurality of coils, a total of two spiral conductor lines are formed, and a plurality of capacitors are formed between the plurality of electrodes and the ground conductor. line.
前記複数の第3及び第4の導体線路は、前記誘電体膜の上面に形成され、
前記第1及び第2の導体線路の一端と前記第3及び第4の導体線路の一端が前記誘電体膜を貫通して接続され、前記第1及び第2の導体線路の他端と前記第3及び第4の導体線路の他端が前記誘電体膜を貫通して接続されて複数のコイルが形成され、全体で2つのらせん状導体線路が形成され、前記複数の電極と前記グランド導体との間で複数のコンデンサが形成される
ことを特徴とする請求項6記載の遅延線路。 It further comprises a dielectric film formed so as to cover the opening surface of the recess,
The plurality of third and fourth conductor lines are formed on an upper surface of the dielectric film,
One end of the first and second conductor lines and one end of the third and fourth conductor lines are connected through the dielectric film, and the other end of the first and second conductor lines and the first The other ends of the third and fourth conductor lines are connected through the dielectric film to form a plurality of coils, so that two spiral conductor lines are formed as a whole, the plurality of electrodes, the ground conductor, The delay line according to claim 6, wherein a plurality of capacitors are formed between the two.
前記複数の第3及び第4の導体線路は、前記誘電体膜の下面に形成され、
前記複数の電極は、前記誘電体膜を貫通して前記複数の第3及び第4の導体線路の他端にそれぞれ接続され、前記複数の電極と前記グランド導体との間で複数のコンデンサが形成される
ことを特徴とする請求項6記載の遅延線路。 It further comprises a dielectric film formed so as to cover the opening surface of the recess,
The plurality of third and fourth conductor lines are formed on a lower surface of the dielectric film,
The plurality of electrodes are connected to the other ends of the plurality of third and fourth conductor lines through the dielectric film, and a plurality of capacitors are formed between the plurality of electrodes and the ground conductor. The delay line according to claim 6, wherein:
前記凹部の開口面を覆うように形成された誘電体膜と、
前記誘電体膜の下面に形成された複数の第1及び第2の導体線路と、
前記誘電体膜の上面に形成された複数の第3及び第4の導体線路と、
前記複数の第3及び第4の導体線路の他端にそれぞれ接続された複数の電極と、
前記基板上に形成されたグランド導体とを備え、
前記第1及び第2の導体線路の一端と前記第3及び第4の導体線路の一端が前記誘電体膜を貫通して接続され、前記第1及び第2の導体線路の他端と前記第3及び第4の導体線路の他端が前記誘電体膜を貫通して接続されて複数のコイルが形成され、全体で2つのらせん状導体線路が形成され、前記複数の電極と前記グランド導体との間で複数のコンデンサが形成される
ことを特徴とする遅延線路。 A substrate having a recess,
A dielectric film formed to cover the opening surface of the recess;
A plurality of first and second conductor lines formed on the lower surface of the dielectric film;
A plurality of third and fourth conductor lines formed on the upper surface of the dielectric film;
A plurality of electrodes respectively connected to the other ends of the plurality of third and fourth conductor lines;
A ground conductor formed on the substrate,
One end of the first and second conductor lines and one end of the third and fourth conductor lines are connected through the dielectric film, and the other end of the first and second conductor lines and the first The other ends of the third and fourth conductor lines are connected through the dielectric film to form a plurality of coils, so that two spiral conductor lines are formed as a whole, the plurality of electrodes, the ground conductor, A delay line characterized in that a plurality of capacitors are formed between the two.
ことを特徴とする請求項2から請求項9までのいずれかに記載の遅延線路。 The delay line according to any one of claims 2 to 9, wherein the substrate having the recess is a silicon wafer in which the recess is formed by either etching or machining.
ことを特徴とする請求項2から請求項9までのいずれかに記載の遅延線路。 The delay line according to any one of claims 2 to 9, wherein the substrate having the recess is glass in which the recess is formed by any one of etching, sandblasting, and machining.
ことを特徴とする請求項1から請求項11までのいずれかに記載の遅延線路。 The √ (L / C) is 50Ω, where C is the capacitance of the capacitor and L is the inductance of the spiral conductor line between adjacent capacitors. The delay line described in 1.
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