JP2011182311A - Transmission line - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えばミリ波帯(周波数30〜300GHz)の高周波信号の伝送に好適に使用される伝送線路に関する。
The present invention relates to a transmission line that is preferably used for transmission of a high-frequency signal in, for example, a millimeter wave band (
近年の集積化技術の向上に伴い、電子機器の小型・軽量化、低電圧動作・低消費電力化、高周波動作化が急速に進んでいる。特に、携帯電話などの移動通信端末装置の技術分野では、上記の要求が厳しい上に、高機能化も求められており、これらの対立する課題を解決する技術の一つとして、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems;マイクロマシン)が注目されている。このMEMSは、シリコンプロセス技術により、マイクロな機械的要素と電子回路要素とを融合したシステムである。MEMS技術は、その精密加工性などの優れた特徴から、高機能化に対応しつつ、小型で低価格なSoC(System on a Chip) を実現することができる。 With recent improvements in integration technology, electronic devices are rapidly becoming smaller and lighter, operating at lower voltage, lowering power consumption, and operating at higher frequencies. In particular, in the technical field of mobile communication terminal devices such as mobile phones, the above requirements are severe and higher functionality is also demanded. As one of the technologies for solving these conflicting problems, MEMS (Micro Electro Mechanical systems (micromachines) are drawing attention. This MEMS is a system in which micro mechanical elements and electronic circuit elements are fused by silicon process technology. The MEMS technology can realize a small and low-cost SoC (System on a Chip) while supporting high functionality due to its excellent features such as precision workability.
移動通信端末装置等の技術分野では、このMEMS技術を利用した様々な素子が開発されているが、その1つに、高周波信号を伝送するための伝送線路(素子)がある。このような高周波信号用の伝送線路は、一般に、信号線路とグランド(GND)との組み合わせによって構成される。そのような伝送線路としては、例えば、マイクロストリップライン(MSL)や、コプレーナウェーブガイド(CPW)などが挙げられる。 In the technical field of mobile communication terminals and the like, various elements using the MEMS technology have been developed. One of them is a transmission line (element) for transmitting a high-frequency signal. Such a transmission line for high-frequency signals is generally constituted by a combination of a signal line and a ground (GND). Examples of such transmission lines include a microstrip line (MSL) and a coplanar waveguide (CPW).
これらの伝送線路では、信号線路およびグランドが同一基板上に形成されるのが一般的であり、成膜工程とリソグラフィー工程とを用いて製造される。その際の加工においては、信号線に対するグランドの位置(方向や間隔)が高周波信号伝送の際の特性インピーダンスを決めることになることから、信号品質確保のため、半導体製造技術の高い加工精度が利用される。 In these transmission lines, the signal line and the ground are generally formed on the same substrate, and are manufactured using a film forming process and a lithography process. In processing at that time, the position (direction and interval) of the ground with respect to the signal line determines the characteristic impedance for high-frequency signal transmission, so the high processing accuracy of semiconductor manufacturing technology is used to ensure signal quality. Is done.
ここで、信号品質の観点では、グランド面積の確保が重要である。グランドは理想的には半無限(信号線路とは特定の距離を有し、かつ反対側は無限)となっていることが望ましい。これは、インピーダンス整合の際に用いる近似式は、グランドを半無限として扱っていることに起因する。ただし、実際には半無限のグランドの代わりに、特性インピーダンス整合の精度が実用上十分となるのに必要な面積のグランドを用いている。十分に面積の広いグランドを用いて特性インピーダンス整合の精度を確保することにより、低損失かつ低反射の信号伝送が実現される。 Here, it is important to secure the ground area from the viewpoint of signal quality. Ideally, the ground should be semi-infinite (having a specific distance from the signal line and infinite on the opposite side). This is because the approximate expression used for impedance matching treats the ground as semi-infinite. However, in practice, a ground having an area necessary for practically sufficient characteristic impedance matching accuracy is used instead of the semi-infinite ground. By using a ground having a sufficiently large area to ensure the accuracy of characteristic impedance matching, signal transmission with low loss and low reflection can be realized.
また、このような伝送線路におけるグランドには、EMC(Electro-Magnetic Compatibility)設計におけるシールドとしての役割もある。整合した配線へのノイズ混入を防ぐため、特性インピーダンスに影響が薄い外周部にまでグランドを拡張する手法は、高周波素子のパッケージ構造として有効である。 The ground in such a transmission line also serves as a shield in EMC (Electro-Magnetic Compatibility) design. In order to prevent noise from entering the matched wiring, a technique of extending the ground to the outer peripheral portion having a small influence on the characteristic impedance is effective as a package structure of a high-frequency element.
ところが、上記したMSL,CPWなどの従来の伝送線路では、平面レイアウト上の制約から、十分なグランド面積を確保できない場合があった。また、それと共に、成膜技術上の制約から、信号線とグランドとの間の距離を十分に確保できない場合があった。 However, in the conventional transmission lines such as the above-described MSL and CPW, there is a case where a sufficient ground area cannot be ensured due to a restriction on a planar layout. At the same time, there are cases where a sufficient distance between the signal line and the ground cannot be secured due to restrictions on the film formation technique.
そこで、例えば特許文献1には、このような問題を解決するための伝送線路が提案されている。
Thus, for example,
具体的には、上記特許文献1の伝送線路では、第1基板上の第1誘電体層と、第2基板上の第2誘電体層との間に中空部が形成されている。また、第1誘電体層中に、信号線路と、その両側の位置するグランド線路とが設けており、CPWが形成されている。そして、第2誘電体層中に、このCPWに対向するグランドが設けられている。なお、このような構造において、第1誘電体層中に信号線だけを配置すれば、MSLが形成される。この特許文献1の手法によれば、信号線路とグランドとが別個の基板(第1基板および第2基板)上に設けられているため、従来のように信号線路およびグランドが同一基板上に形成されているものと比べ、十分なグランド面積を確保し易くすることができる。また、信号線路とグランドとの間の距離も十分に確保し易くなる。
Specifically, in the transmission line of
ところが、この手法では、信号線路およびグランドがいずれも誘電体層に内包されているため、信号伝送の際に、誘電膜材料の特性によって決まる誘電損失が生じる。このため、例えばミリ波帯のような高周波領域では、信号線路の品質を確保できないという問題があった。なお、この特許文献1の伝送線路には限られず、従来の伝送線路(MSL,CPWなど)においても、信号線とグランドとの間には誘電体層(絶縁層)が設けられているため、同様に信号伝送の際に誘電損失が発生してしまっていた。
However, in this method, since both the signal line and the ground are included in the dielectric layer, a dielectric loss determined by the characteristics of the dielectric film material occurs during signal transmission. For this reason, there has been a problem that the quality of the signal line cannot be ensured in a high frequency region such as a millimeter wave band. The transmission line of
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、高周波領域において損失の少ない信号伝送を実現することが可能な伝送線路を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a transmission line capable of realizing signal transmission with little loss in a high frequency region.
本発明の伝送線路は、基板上に設けられた信号線路と、基板に対向して設けられた被覆部材と、この被覆部材上に、中空部を介して信号線路と対向して設けられたグランドとを備えたものである。 The transmission line of the present invention includes a signal line provided on the substrate, a covering member provided to face the substrate, and a ground provided on the covering member to face the signal line through a hollow portion. It is equipped with.
本発明の伝送線路では、基板に対向する被覆部材上に、中空部を介して、基板上の信号線路と対向するグランドが設けられている。これにより、信号線路とグランドとの間に誘電体層(絶縁層)が設けられている従来の伝送線路と比べ、信号伝送の際の誘電損失が低減する。 In the transmission line of the present invention, the ground facing the signal line on the substrate is provided on the covering member facing the substrate via the hollow portion. Thereby, the dielectric loss at the time of signal transmission reduces compared with the conventional transmission line in which the dielectric layer (insulating layer) is provided between the signal line and the ground.
本発明の伝送線路によれば、基板に対向する被覆部材上に、中空部を介して基板上の信号線路と対向するグランドを設けるようにしたので、従来と比べ、信号伝送の際の誘電損失を低減することができる。よって、高周波領域において損失の少ない信号伝送を実現することが可能となる。 According to the transmission line of the present invention, since the ground facing the signal line on the substrate via the hollow portion is provided on the covering member facing the substrate, the dielectric loss at the time of signal transmission compared to the conventional case Can be reduced. Therefore, it is possible to realize signal transmission with little loss in the high frequency region.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
1.第1の実施の形態(信号線路およびグランド層を対向する別個の基板上に設けた例)
2.第1の実施の形態の変形例
変形例1(マイクロストリップラインに適用した例)
変形例2(グランド付きコプレーナウェーブガイドに適用した例)
変形例3(基板同士が接合されたグランド付きコプレーナウェーブガイドの例1)
変形例4(基板同士が接合されたグランド付きコプレーナウェーブガイドの例2)
変形例5(基板同士が接合されたマイクロストリップラインの例1)
変形例6(基板同士が接合されたマイクロストリップラインの例2)
3.第2の実施の形態(伝送線路を用いたシャントスイッチの例)
4.適用例(シャントスイッチの電子機器への適用例)
5.その他の変形例
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The description will be given in the following order.
1. First embodiment (an example in which a signal line and a ground layer are provided on separate substrates facing each other)
2. Modified example of the first embodiment Modified example 1 (example applied to a microstrip line)
Modification 2 (example applied to coplanar waveguide with ground)
Modification 3 (Example 1 of a coplanar waveguide with a ground in which substrates are joined together)
Modification 4 (Example 2 of a coplanar waveguide with a ground in which substrates are joined together)
Modification 5 (Example 1 of microstrip line in which substrates are joined together)
Modification 6 (Example 2 of microstrip line in which substrates are joined together)
3. Second embodiment (an example of a shunt switch using a transmission line)
4). Application example (application example of shunt switch to electronic equipment)
5. Other variations
<第1の実施の形態>
[伝送線路3の構成]
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る伝送線路(伝送線路3)の概略構成を断面図で表したものであり、図2は、この伝送線路3の概略構成を鳥瞰図(斜視図)で表したものである。伝送線路3は、例えばミリ波帯(周波数30〜300GHz)の高周波信号を伝送するためのものであり、互いに対向する一対の基板10,20と、信号線路11Sと、グランド層(グランド)21Gとにより構成されている。なお、基板20は、本発明における「被覆部材」および「板状部材」の一具体例に対応している。
<First Embodiment>
[Configuration of Transmission Line 3]
FIG. 1 is a sectional view showing a schematic configuration of a transmission line (transmission line 3) according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a bird's-eye view (perspective view) showing the schematic configuration of the transmission line 3. Figure). The transmission line 3 is for transmitting, for example, a high-frequency signal in the millimeter wave band (
基板10としては、例えば、シリコン(Si)、シリコン・カーバイト(SiC)、シリコン・ゲルマニウム(SiGe)およびシリコン・ゲルマニウム・カーボン(SiGeC)などのSi系半導体よりなる基板が挙げられる。
Examples of the
基板20としても、例えば、上記したSi系半導体よりなる基板が挙げられる。ただし、ガラス、樹脂およびプラスチックなどの非Si系(例えば、PyrexやSD2など)の基板を用いてもよい。
As the
信号線路11Sは、基板10の基板20側の面上に設けられており、例えば基板10の側から順に、チタン(Ti)および金(Au)を有する積層膜や、Tiおよびアルミニウム(Al)と銅(Cu)との合金(AlCu)よりなる積層膜などからなる。
The
グランド層21Gは、基板20の基板10側の面上に、キャビティ(中空部)30を介して信号線路11Sと対向するように設けられている。すなわち、このグランド層21Gおよび上記信号線路11Sはそれぞれ、中空部30に対して露出されており、これらの間に誘電体層(絶縁層)等が設けられていない。グランド線路21Gはグランド電位に設定されており、後述するようにシールド層としても機能するようになっている。なお、このグランド層21Gも、信号線路11Sと同様の材料により構成されている。すなわち、例えば基板20の側から順に、TiおよびAuを有する積層膜や、TiおよびAlとCuとの合金(AlCu)よりなる積層膜などからなる。
The ground layer 21 </ b> G is provided on the surface of the
なお、このような構成の伝送線路3は、例えば、犠牲層(図示せず)を用いたRIE(Reactive Ion Etching;反応性イオンエッチング)や、CVD(Chemical Vapor Deposition;化学気相成長)法、PVD(Physical Vapor Deposition;物理蒸着)法などを利用して製造することができる。 In addition, the transmission line 3 having such a configuration includes, for example, RIE (Reactive Ion Etching) using a sacrificial layer (not shown), a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, It can be manufactured using a PVD (Physical Vapor Deposition) method or the like.
[伝送線路3の作用・効果]
本実施の形態の伝送線路3は、基板10上の信号線路11Sと基板20上のグランド層21Gとの組み合わせにより、例えばミリ波帯の高周波信号を伝送するための伝送線路として機能する。
[Operation and effect of transmission line 3]
The transmission line 3 according to the present embodiment functions as a transmission line for transmitting, for example, a high-frequency signal in the millimeter wave band by a combination of the
(比較例1)
ここで、図3を参照して、変形例1に係る従来の伝送線路(伝送線路103)について説明する。この比較例1の伝送線路103は、基板101上に、誘電体層101Dと、この誘電体層101D内に埋設され、金属薄膜からなる複数層の信号線路101Sと、誘電体層103上のグランド層101Gとを備えている。すなわち、この伝送線路103は、基板101上の信号線路101S、誘電体層101Dおよびグランド層101Gの積層構造により、インバーテッド・マイクロストリップライン(IMSL)として機能するようになっている(図中の符号P101の領域参照)。
(Comparative Example 1)
Here, with reference to FIG. 3, the conventional transmission line (transmission line 103) which concerns on the
ところが、この伝送線路103では、信号線101Sとグランド層101Gとの間に誘電体層101Dが設けられているため(図中の符号P101の領域参照)、信号伝送の際に、誘電体層101Dの材料の特性によって決まる誘電損失が発生してしまう。このため、例えばミリ波帯のような高周波領域では、信号線路の品質を確保できないことになる。
However, in this
(比較例2)
一方、図4に示した変形例2に係る従来の伝送線路(伝送線路203)では、第1基板201上の第1誘電体層201Dと、第2基板202上の第2誘電体層202Dとの間に、中空部200が形成されている。また、第1誘電体層201D中に、信号線路201Sと、その両側の位置するグランド線路201G1,201G2とが設けており、コプレーナウェーブガイド(CPW)が形成されている。そして、第2誘電体層202D中に、このCPWに対向するグランド層202Gが設けられている。なお、このような構造において、第1誘電体層201D中に信号線201Sだけを配置すれば、マイクロストリップライン(MSL)が形成される。
(Comparative Example 2)
On the other hand, in the conventional transmission line (transmission line 203) according to Modification 2 shown in FIG. 4, the first dielectric layer 201D on the
ところが、この比較例2の伝送線路203では、信号線路201Sおよびグランド層202Gがいずれも、誘電体層(第1誘電体層201Dおよび第2誘電体層202D)に内包されている。すなわち、中空部200を介しているものの、上記比較例1と同様に、信号線201Sとグランド層201Gとの間に誘電体層201D,202Dが設けられている。これにより、同様に誘電体層201D,202Dの材料の特性によって決まる誘電損失が生じ、やはり例えばミリ波帯のような高周波領域では、信号線路の品質を確保できないことになる。
However, in the
(本実施の形態)
これに対して、本実施の形態の伝送線路3では、基板10と対向する基板20上に、中空部30を介して、基板10上の信号線路11Sと対向するグランド層21Gが設けられている。これにより、信号線路とグランド層との間に誘電体層(絶縁層)が設けられている上記比較例1,2の伝送線路103,203と比べ、信号伝送の際の誘電損失が低減する(この場合、誘電損失が0(ゼロ)となる)。
(This embodiment)
On the other hand, in the transmission line 3 of the present embodiment, the
また、信号線路11Sとグランド層21Gとが別個の基板(基板10,20)上に設けられているため、上記比較例1や従来のMSL,CPWのように、信号線路およびグランド層が同一基板上に形成されているものと比べ、十分なグランド面積が確保し易くなる。また、信号線路とグランド層との間の距離も十分に確保し易くなる。
Further, since the
以上のように本実施の形態では、基板10と対向する基板20上に、中空部30を介して、基板10上の信号線路11Sと対向するグランド層21Gを設けるようにしたので、従来の伝送線路と比べ、信号伝送の際の誘電損失を低減することができる。よって、例えばミリ波帯のような高周波領域において、損失の少ない信号伝送を実現することが可能となると共に、周波数特性を向上させることも可能となる。また、誘電体損失が低い配線構造であることから、周波数特性をミリ波帯以上の高周波側まで確保することが可能となる。
As described above, in the present embodiment, since the
また、信号線路11Sとグランド層21Gとを別個の基板(基板10,20)上に設けるようにしたので、十分なグランド面積を確保し易くなると共に、信号線路とグランド層との間の距離も十分に確保し易くなり、EMC特性を向上させることが可能となる。また、面積の広いグランドを確保し易くなることから、配線レイアウトの自由度を向上させることも可能となる。
Further, since the
更に、基板20はグランドパターン専用の基板ではないため、例えば信号線11Sを引き出すためのスルー配線を設けるなど、基板20上に他の配線を設けることも可能である。
Further, since the
<第1の実施の形態の変形例>
続いて、上記第1の実施の形態の変形例(変形例1〜6)について説明する。なお、第1の実施の形態と同一の構成要素については同一符号を付してその説明を適宜省略する。
<Modification of the first embodiment>
Subsequently, modified examples (modified examples 1 to 6) of the first embodiment will be described. Note that the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted as appropriate.
(変形例1)
図5は、変形例1に係る伝送線路(伝送線路3A)の概略構成を断面図で表したものである。本変形例の伝送線路3Aは、上記第1の実施の形態の伝送線路3において、基板10と信号線路11Sとの間に絶縁膜12が設けられたものに対応しており、マイクロストリップライン(MSL)として機能するようになっている。なお、信号線路11Sのインピーダンスは整合されている。
(Modification 1)
FIG. 5 shows a schematic configuration of a transmission line (transmission line 3 </ b> A) according to
絶縁膜12は、例えば、酸化ケイ素(SiO2)、窒化ケイ素(SiN)、またはSiN膜とSiO2膜との積層膜などよりなる。
The insulating
本変形例の伝送線路3Aでは、上記実施の形態と同様の作用により同様の効果を得ることが可能である。また、特に本変形例では、MSLとして機能するようにしたので、エアブリッジを構成する必要がなく、回路の集積度合いに応じてフットプリントの小さな素子を実現することができる。また、配線間隔が狭まると共に、エアブリッジが不要であることにより、CPWとして構成した場合と比べ、高い集積度(面内)を実現することが可能となる。 In the transmission line 3A of the present modification, the same effect can be obtained by the same operation as in the above embodiment. In particular, in this modification, since it functions as MSL, it is not necessary to form an air bridge, and an element having a small footprint can be realized according to the degree of circuit integration. In addition, since the wiring interval is narrowed and the air bridge is unnecessary, it is possible to realize a higher degree of integration (in-plane) compared to the case where the CPW is configured.
(変形例2)
図6は、変形例2に係る伝送線路(伝送線路3B)の概略構成を断面図で表したものである。本変形例の伝送線路3Bは、上記第1の実施の形態の伝送線路3において、上記変形例1と同様に、基板10と信号線路11Sとの間に絶縁膜12が設けられている。また、この絶縁膜12上の信号線路11Sの両側に、この信号線路11Sと離間してグランド線路11G1,11G2が設けられている。すなわち、この伝送線路3Bは、グランド付きコプレーナウェーブガイド(G−CPW)として機能するようになっている。なお、信号線路11Sのインピーダンスは整合されている。
(Modification 2)
FIG. 6 illustrates a schematic configuration of a transmission line (transmission line 3 </ b> B) according to Modification 2 in a cross-sectional view. In the transmission line 3B of this modification, the insulating
ここで、従来のCPWでは、一般に、グランドが分離されていることによって生じる信号損失を低減させるため、エアブリッジを設ける手法が採用されている。特に、G−CPWは、このエアブリッジの役割を、基板の裏面側に設けたグランドに担わせた構造であり、CPWよりも低信号損失を実現可能となっている。ただし、このG−CPWでは、誘電層を介して信号線とグランドとが結合する構造であることから、誘電損失は避けられない。 Here, in the conventional CPW, generally, a method of providing an air bridge is employed in order to reduce signal loss caused by the separation of the ground. In particular, the G-CPW has a structure in which the role of the air bridge is assigned to the ground provided on the back side of the substrate, and can realize a lower signal loss than the CPW. However, since this G-CPW has a structure in which the signal line and the ground are coupled via a dielectric layer, dielectric loss is inevitable.
これに対して、本変形例の伝送線路3Bでは、上記実施の形態と同様に信号線11Sとグランド層21Gとの間に誘電体層が設けられていないため、上記実施の形態と同様の効果が得られることに加え、従来のG−CPWと比べても損失の少ない信号伝送を実現することが可能となる。
On the other hand, in the transmission line 3B of the present modification, the dielectric layer is not provided between the
(変形例3,4)
図7は、変形例3に係る伝送線路(伝送線路3C)の概略構成を断面図で表したものであり、図8は、変形例4に係る伝送線路(伝送線路3D)の概略構成を断面図で表したものである。変形例3,4の伝送線路3C,3Dでは、基板10,20同士が、周縁部に設けられた接合部31において、互いに部分的に接合されている。なお、これらの伝送線路3C,3Dはそれぞれ、他の構成は上記変形例2と同様となっており、G−CPWとして機能するようになっている。
(Modifications 3 and 4)
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a transmission line (transmission line 3C) according to Modification 3. FIG. 8 is a cross-sectional view of a schematic configuration of the transmission line (transmission line 3D) according to Modification 4. It is shown in the figure. In the transmission lines 3C and 3D of the modified examples 3 and 4, the
具体的には、図7に示した伝送線路3Cでは、接合部31において、配線接合(グランド配線11G1,11G2とグランド層21Gとの間の接合)と、基板接合(基板10,20間の接合)とを兼ねた、金属−金属接合(例えば、Au−Au接合)がなされている。一方、図8に示した伝送線路3Dでは、接合部31において、上記配線接合が上記金属−金属接合によりなされていると共に、上記基板接合がこれとは別に陽極接合によりなされている。これらの構成により、伝送線路3C,3Dではそれぞれ、中空部30が外気とは隔離されるようになっている。
Specifically, in the transmission line 3C shown in FIG. 7, at the
ここで、これらの伝送線路3C,3Dでは、この中空部30が減圧されている(例えば、1〜100Pa程度の圧力)ことが好ましく、更に、中空部30が減圧されていると共に、この中空部30に不活性ガスが封入されていることがより好ましい。この不活性ガスは、真空度(圧力)の調整用のガスとして機能するものであり、例えば、アルゴン(Ar)や窒素(N2)などのガスが挙げられる。
Here, in these transmission lines 3C and 3D, it is preferable that the
これらの伝送線路3C,3Dでは、基板10,20同士が、周縁部に設けられた接合部31において、互いに部分的に接合されていることにより、上記実施の形態と比べ、グランドの能力がより強化される。したがって、上記実施の形態における効果に加え、より高いEMC特性を実現することが可能である。
In these transmission lines 3 </ b> C and 3 </ b> D, the
また、中空部30が減圧されているようにした場合には、信号線路11S、グランド層21G、グランド線路11G1,11G2およびスイッチ等の機能素子(図示せず)において、腐食やストレス負荷を低減し、デバイスの信頼性を向上させる(長寿命化を図る)ことが可能となる。
Further, when the
更に、中空部30が減圧されていると共にこの中空部30に不活性ガスが封入されているようにした場合には、中空部30の真空度(圧力)を適切に調整することにより、デバイスの信頼性をより向上させることが可能となる。具体的には、まず、不活性ガスを封入することにより、化学反応の抑制と、清浄なガスによる汚染の最小化とを図ることができ、配線の経時変化を抑制することが可能となる。また、中空部30に、配線構造に加えて機械動作部品(例えばスイッチ等のデバイス)を設けている(混在している)場合には、定常圧力により、デバイスの機械的動作速度の安定化を図ることが可能となる。これは、中空部30の真空度が高すぎると、デバイスの当たりが強くなりすぎて、かえって信頼性が低減してしまうためである。
Further, when the
(変形例5,6)
図9は、変形例5に係る伝送線路(伝送線路3E)の概略構成を断面図で表したものであり、図10は、変形例6に係る伝送線路(伝送線路3F)の概略構成を断面図で表したものである。変形例5,6の伝送線路3E,3Fでは、上記変形例3,4と同様に、基板10,20同士が、周縁部に設けられた接合部31において、互いに部分的に接合されている。ただし、これらの伝送線路3C,3Dはそれぞれ、上記変形例1と同様に、MSLとして機能するようになっている。
(Modifications 5 and 6)
FIG. 9 is a cross-sectional view of a schematic configuration of a transmission line (
具体的には、図9に示した伝送線路3Eでは、接合部31において、配線接合(絶縁膜12とグランド層21Gとの間の接合)と、基板接合(基板10,20間の接合)とを兼ねた、金属−金属接合(例えば、Au−Au接合)がなされている。一方、図10に示した伝送線路3Fでは、接合部31において、上記配線接合が上記金属−金属接合によりなされていると共に、上記基板接合がこれとは別に陽極接合によりなされている。これらの構成により、伝送線路3E,3Fではそれぞれ、上記変形例3,4と同様に、中空部30が外気とは隔離されるようになっている。
Specifically, in the
ここで、これらの伝送線路3E,3Fにおいても、上記変形例3,4と同様に、この中空部30が減圧されていることが好ましく、更に、中空部30が減圧されていると共に、この中空部30に不活性ガスが封入されていることがより好ましい。
Here, also in these
このように、これらの伝送線路3E,3Fにおいても、上記変形例3,4と同様の作用により同様の効果を得ることが可能である。
Thus, also in these
<第2の実施の形態>
続いて、本発明の第2の実施の形態について説明する。なお、上記第1の実施の形態または変形例1〜6と同一の構成要素については同一符号を付してその説明を適宜省略する。
<Second Embodiment>
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the component same as the said 1st Embodiment or the modifications 1-6, and the description is abbreviate | omitted suitably.
[シャントスイッチの構成]
図11は、第2の実施の形態に係るシャントスイッチ(シャント型の有接点スイッチ)の概略構成を表したものであり、図11(A)は平面構成を、図11(B)は図11(A)のII−II線における矢視断面構成を表している。また、図12(A)は、このシャントスイッチの一部を拡大して表した平面図であり、図12(B),(C)はそれぞれ、図12(A)のIII−III線,IV−IV線における矢視断面構成を表している。
[Configuration of shunt switch]
FIG. 11 shows a schematic configuration of a shunt switch (shunt-type contact switch) according to the second embodiment. FIG. 11 (A) shows a plan configuration, and FIG. 11 (B) shows FIG. 2A shows a cross-sectional configuration taken along line II-II in (A). FIG. 12A is an enlarged plan view showing a part of the shunt switch. FIGS. 12B and 12C are taken along line III-III and IV in FIG. This represents a cross-sectional configuration taken along the line IV.
本実施の形態のシャントスイッチは、上記第1の実施の形態および変形例1〜6に係る伝送線路(伝送線路3,3A〜3F)を用いて構成されており、この伝送線路内の信号線路11Sの継断を機械的に行う微小構造物(マイクロマシン)である。なお、ここでは一例として、伝送線路3E(または伝送線路3F)を用いて構成されている場合について図示している。すなわち、ここでは伝送線路3E(3F)は、MSLとして機能するようになっている。具体的には、信号線路11Sとグランド層21Gとの間は例えば20μmの隙間を介して配置されており、例えば60GHzに対して50Ωにインピーダンス整合されている。ただし、この信号線路11Sとグランド層21Gとの間(隙間)の距離はこれには限定されず、この隙間の距離に応じて信号線路11Sの幅を計算し、この場合は50Ωに合わせ込みむようにする。逆に、信号線路11Sの幅を固定とした場合には、隙間の距離を変化させることになる。例えば、信号線路11Sの幅が100μmの場合、隙間の距離を20μmとすることにより、インピーダンスマッチングを行うことができる。
The shunt switch according to the present embodiment is configured using the transmission lines (transmission lines 3, 3A to 3F) according to the first embodiment and the first to sixth modifications, and the signal line in the transmission line. It is a microstructure (micromachine) that mechanically cuts 11S. Here, as an example, a case where the
このシャントスイッチは、例えば、前述した基板10(例えば、高抵抗シリコン基板)上に信号線11Sおよびグランド線路15A,15Bを有すると共に、前述した基板20(図示せず;例えばSD2基板)上にグランド層としてのグランド線路21Gを有する伝送線路3E(3F)を備えている。また、この伝送線路3E(3F)(具体的には、信号線路11Sおよびグランド線路15A,15B)に対向して、基板10上に、一対のシャント線路13A,13Bとしての可動電極16(可動接点)を備えている。
This shunt switch has, for example, the
基板10の表面には、酸化ケイ素(SiO2)、窒化ケイ素(SiN)またはSiN膜とSiO2膜との積層膜などよりなる絶縁膜17が設けられている。この絶縁膜17により、基板10と信号線路11Sとグランド線路15A,15Bとが互いに電気的に分離されている。
An insulating
信号線路11Sは、基板10表面の絶縁膜17(前述した絶縁膜12に対応)上に、直線状の固定電極(固定接点)として設けられている。信号線路11Sの一端には入力ポートVin、他端には出力ポートVoutがそれぞれ設けられている。なお、信号線路11Sの一例としては、Au/Ti=2.0μm/0.1μm(幅100μm)としたものが挙げられる。
The
グランド線路15A,15Bはそれぞれ、基板10表面の絶縁膜17(前述した絶縁膜12に対応)上に、グランド電位に設定された固定電極(固定接点;ここでは、矩形状の固定電極)として設けられている。グランド線路15Aは、信号線路11Sの出力ポートVout側に配置され、グランド線路15Bは、信号線路11Sの入力ポートVin側に配置されている。なお、このグランド線路15A,15Bとしては、Au/Tiや、AlCu/Tiを用いたものが挙げられる。
Each of the
グランド線路21Gは、図示しない基板20上に固定電極(固定接点)として設けられており、信号線路11Sおよびグランド線路15A,15に対向する領域に形成されている。ただし、ここでは、入力ポートVinおよび出力ポートVoutに対応する領域には形成されていない。これは、この領域には、入力ポートVinまたは出力ポートVoutと電気的に接続された貫通電極(スルーホール)(図示せず)が形成されているためである。このグランド線路21Gは、ここでは図12(B)に示したように、接合部31においてグランド線路15A,15Bと接合されており、電気的に接続されている。なお、グランド線路21Gの一例としては、Au/Ti=1.0μm/0.1μmとしたものが挙げられる。
The
可動電極16は、信号線路11Sおよびグランド線路15A,15B,21Gに対して変位可能な可動部13の上に、2つ以上互いに離間して配置されている。これら2つ以上の可動電極16は、可動部13の表面に設けられた絶縁膜17により互いに絶縁されている。これにより、このシャントスイッチでは、シャント線路が2つ以上並列化されている(ここでは、2つのシャント線路13A,13B)と共に、これらのシャント線路13A,13Bの相互間のインピーダンスが、信号線路11Sのインピーダンスよりも高くなっている。したがって、アイソレーションを向上させることが可能となっている。
Two or more
可動部13は、基板10をMEMS技術を用いて加工することにより形成されたものであり、基板10の表面に対して水平な方向に変位可能(いわゆるラテラル動作が可能)となっている。すなわち、このシャントスイッチは、信号線路11S、グランド線路15A,15Bおよび可動電極16が同一水平面内に設けられ、可動部13上の可動電極16が水平方向に変位する、いわゆるラテラル駆動型のスイッチである。
The
可動部13は、信号線路13に平行な直線状に設けられ、その両端に可動電極16が一つずつ設けられている。すなわち、2つの可動電極16が、信号線路11Sの入力ポートVinの近傍と、出力ポートVoutの近傍とに設けられ、信号線路11Sを通過する伝送信号に対して平行に並列化されている。2つの可動電極16の各々は、信号線路11Sおよびグランド線路15A,15Bに対応して突起状の接点16A,16Bを有している。
The
可動部13は、互いに噛み合せられた一対の櫛歯電極14A,14Bの一方(例えば、櫛歯電極14A)に連結されており、それら一対の櫛歯電極14A,14Bの間に発生する静電力により変位可能となっている。櫛歯電極14Bは基板10に固定されている。櫛歯電極14A,14Bは、可動部13と同様に、基板10の素材、例えばシリコン(Si)を、公知のリソグラフィー技術を用いて3次元加工することにより形成されたものである。櫛歯電極14A,14Bの櫛歯部分の対向面には電極層(図示せず)が設けられている。これら櫛歯電極14A,14Bには、オン動作時において、電源(図示せず)からの電圧印加により、駆動力として電磁力が発生する。これにより、櫛歯電極14Aが櫛歯電極14B側に吸引され、それに連動して可動電極16が信号線路11Sおよびグランド線路15A,15Bに接触するようになっている。
The
[シャントスイッチの作用・効果]
このシャントスイッチ10では、開動作(オン状態)時において閉動作(オフ状態)の指令を受けると、櫛歯電極14A,14Bに所定の電圧が印加され、これら電極間に電磁力が発生する。その結果、櫛歯電極14Aが櫛歯電極14Bに近接し、それに伴って可動部13が信号線路11S側に水平に移動し、可動電極16と信号線路11Sおよびグランド線路15A,15Bとが接触する。これにより、信号線路11Sが閉じられた状態(オフ状態)となる。
[Operation and effect of shunt switch]
When the
この閉動作(オフ状態)に続いて、開動作(オン状態)の指令を受けると、櫛歯電極14A,14B間の電磁力が解除され、それに伴い可動電極16は信号線路11Sおよびグランド線路15A,15Bから乖離する。これにより、元の位置(開動作(オン状態)時の位置)に復帰する。
When an instruction for an opening operation (on state) is received following this closing operation (off state), the electromagnetic force between the comb-
ここで、本実施の形態のシャントスイッチでは、上記第1の実施の形態および変形例1〜6に係る伝送線路(伝送線路3,3A〜3F)を用いて構成されていることにより、従来と比べ、スイッチの特性が向上する。具体的には、まず、挿入損失については、誘電損失が少ない構造であることから、ミリ波帯を超える高周波帯まで確保することが可能となる。また、信号継断時に発生するパルスノイズの放射がグランドにより吸収されることから、EMI(Electromagnetic Interference)特性が向上する。したがって、例えばMIMO(Multi-Input Multi-Output)回路のように多数のスイッチデバイスを使用する回路において、特に信号品質に関して大きな効果を得ることが可能である。 Here, the shunt switch according to the present embodiment is configured using the transmission lines (transmission lines 3 and 3A to 3F) according to the first embodiment and the first to sixth modifications. In comparison, the characteristics of the switch are improved. Specifically, first, the insertion loss can be ensured up to a high frequency band exceeding the millimeter wave band because the structure has a small dielectric loss. Further, since the radiation of pulse noise generated at the time of signal interruption is absorbed by the ground, EMI (Electromagnetic Interference) characteristics are improved. Therefore, for example, in a circuit using a large number of switch devices such as a MIMO (Multi-Input Multi-Output) circuit, it is possible to obtain a great effect particularly on the signal quality.
また、可動電極16を、信号線路11Sおよびグランド線路15A,15Bに対して変位可能な可動部13の上に、2つ以上互いに離間して配置すると共に、これら2つ以上の可動電極16を、可動部13の表面に設けられた絶縁膜17により互いに絶縁するようにしたので、アイソレーションを向上させることが可能となる。
In addition, two or more
<適用例>
続いて、本発明の伝送線路を用いたシャントスイッチ(例えば、上記第2の実施の形態で説明したシャントスイッチ)の電子機器への適用例について説明する。図13は、このようなシャントスイッチを搭載した電子機器の一例としての通信装置のブロック構成を表したものである。
<Application example>
Next, an application example of the shunt switch using the transmission line of the present invention (for example, the shunt switch described in the second embodiment) to an electronic device will be described. FIG. 13 illustrates a block configuration of a communication device as an example of an electronic device equipped with such a shunt switch.
この通信装置は、上記シャントスイッチを送受信切替器301として搭載したものであり、例えば、携帯電話器、情報携帯端末(PDA)、無線LAN機器などである。なお、上記送受信切替器301は、SoCからなる半導体デバイス内に形成されている。この通信装置は、例えば、送信系回路300Aと、受信系回路300Bと、送受信経路を切り替える送受信切換器301と、高周波フィルタ302と、送受信用のアンテナ303とを備えている。
This communication device includes the shunt switch as a transmission /
送信系回路300Aは、Iチャンネルの送信データおよびQチャンネルの送信データに対応したデジタル/アナログ変換器(DAC;Digital/Analogue Converter)311I,311Qおよびバンドパスフィルタ312I,312Qと、変調器320および送信用PLL(Phase-Locked Loop )回路313と、電力増幅器314とを備える。変調器320は、バンドパスフィルタ312I,312Qに対応したバッファアンプ321I,321Qおよびミキサ322I,322Qと、移相器323と、加算器324と、バッファアンプ325とを含むものである。
The
受信系回路300Bは、高周波部330、バンドパスフィルタ341およびチャンネル選択用PLL回路342と、中間周波回路350およびバンドパスフィルタ343と、復調器360および中間周波用PLL回路344と、Iチャンネルの受信データおよびQチャンネルの受信データに対応したバンドパスフィルタ345I,345Qおよびアナログ/デジタル変換器(ADC;Analogue/Digital Converter)346I,346Qとを備えている。高周波部330は、低ノイズアンプ331と、バッファアンプ332,334と、ミキサ333とを含み、中間周波回路350は、バッファアンプ351,353と、自動ゲイン調整(AGC;Auto Gain Controller)回路352とを含むものである。復調器360は、バッファアンプ361と、バンドパスフィルタ345I,345Qに対応したミキサ362I,362Qおよびバッファアンプ363I,363Qと、移相器364とを含む。
The
この通信装置では、送信系回路300AにIチャンネルの送信データおよびQチャンネルの送信データが入力されると、それぞれの送信データを以下の手順で処理する。すなわち、まず、DAC311I、311Qにおいてアナログ信号に変換し、引き続きバンドパスフィルタ312I,312Qにおいて送信信号の帯域以外の信号成分を除去したのち、変調器320に供給する。続いて、変調器320において、バッファアンプ321I,321Qを介してミキサ322I,322Qに供給し、引き続き送信用PLL回路313から供給される送信周波数に対応した周波数信号を混合して変調したのち、両混合信号を加算器324において加算することにより1系統の送信信号とする。この際、ミキサ322Iに供給する周波数信号に関しては、移相器323において信号移相を90°シフトさせることにより、Iチャンネルの信号とQチャンネルの信号とが互いに直交変調されるようにする。最後に、バッファアンプ325を介して電力増幅器314に供給することにより、所定の送信電力となるように増幅する。この電力増幅器314において増幅された信号は、送受信切換器301および高周波フィルタ302を介してアンテナ303に供給されることにより、そのアンテナ303を介して無線送信される。この高周波フィルタ302は、通信装置において送信または受信する信号のうちの周波数帯域以外の信号成分を除去するバンドパスフィルタとして機能する。
In this communication apparatus, when I-channel transmission data and Q-channel transmission data are input to the
一方、アンテナ303から高周波フィルタ302および送受信切換器301を介して受信系回路300Bに信号が受信されると、その信号を以下の手順で処理する。すなわち、まず、高周波部330において、受信信号を低ノイズアンプ331で増幅し、引き続きバンドパスフィルタ341で受信周波数帯域以外の信号成分を除去したのち、バッファアンプ332を介してミキサ333に供給する。続いて、チャンネル選択用PPL回路342から供給される周波数信号を混合し、所定の送信チャンネルの信号を中間周波信号とすることにより、バッファアンプ334を介して中間周波回路350に供給する。続いて、中間周波回路350において、バッファアンプ351を介してバンドパスフィルタ343に供給することにより中間周波信号の帯域以外の信号成分を除去し、引き続きAGC回路352でほぼ一定のゲイン信号としたのち、バッファアンプ353を介して復調器360に供給する。続いて、復調器360において、バッファアンプ361を介してミキサ362I,362Qに供給したのち、中間周波用PPL回路344から供給される周波数信号を混合し、Iチャンネルの信号成分とQチャンネルの信号成分とを復調する。この際、ミキサ362Iに供給する周波数信号に関しては、移相器364において信号移相を90°シフトさせることにより、互いに直交変調されたIチャンネルの信号成分とQチャンネルの信号成分とを復調する。最後に、Iチャンネルの信号およびQチャンネルの信号をそれぞれバンドパスフィルタ345I,345Qに供給することによりIチャンネルの信号およびQチャンネルの信号以外の信号成分を除去したのち、ADC346I,346Qに供給してデジタルデータとする。これにより、Iチャンネルの受信データおよびQチャンネルの受信データが得られる。
On the other hand, when a signal is received from the
この通信装置は、本発明の伝送線路を用いたシャントスイッチを受信切替器301として搭載しているため、上述した作用により、特にミリ波帯において優れた周波数特性を発揮する。
Since this communication apparatus is equipped with the shunt switch using the transmission line of the present invention as the
なお、ここでは、上記シャントスイッチを受信切替器301(半導体デバイス)に適用する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。すなわち、例えば、シャントスイッチを送信系回路300Aおよび受信系回路300B(モジュール)内のミキサ332I,332Q,333,362I,362Qや、バンドパスフィルタ312I,312Q,341,343,346I,346Q、または、高周波フィルタ302(半導体デバイス)に適用してもよい。この場合においても、上記と同様の効果を得ることができる。
Here, the case where the shunt switch is applied to the reception switching device 301 (semiconductor device) has been described, but the present invention is not necessarily limited thereto. That is, for example, the shunt switch is replaced by
<その他の変形例>
以上、いくつかの実施の形態、変形例および適用例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形が可能である。
<Other variations>
While the present invention has been described with reference to some embodiments, modifications, and application examples, the present invention is not limited to these embodiments and the like, and various modifications can be made.
例えば、上記実施の形態等では、本発明における被覆部材の一例として、板状部材である基板20を挙げて説明したが、被覆部材の形状はこれには限られず、例えばフレキシブル性を有するシート部材などであってもよい。
For example, in the above-described embodiment and the like, the
また、上記実施の形態等では、本発明の伝送線路を用いたスイッチが、固定接点としての信号線路と、ラテラル動作が可能な可動接点とを有する有接点スイッチである場合について説明したが、スイッチの構成はこれには限られない。すなわち、本発明の伝送線路を用いたスイッチとしては、シャントスイッチ以外の有接点スイッチ(シリーズ型のスイッチなど)でもよく、また、ラテラル駆動型以外の有接点スイッチであってもよい。 In the above-described embodiments and the like, the case where the switch using the transmission line of the present invention is a contact switch having a signal line as a fixed contact and a movable contact capable of lateral operation has been described. The configuration of is not limited to this. That is, the switch using the transmission line of the present invention may be a contact switch (series type switch or the like) other than the shunt switch, or a contact switch other than the lateral drive type.
更に、上記実施の形態等では、接点部を機械的に駆動する駆動部が、静電アクチュエータを含む場合を例に挙げて説明したが、これに限らず、ピエゾアクチュエータ、電磁アクチュエータ、バイメタルアクチュエータ等、他のMEMSアクチュエータにも適用可能である。 Furthermore, in the above-described embodiment, the case where the drive unit that mechanically drives the contact unit includes an electrostatic actuator has been described as an example. However, the present invention is not limited thereto, and the piezoelectric actuator, the electromagnetic actuator, the bimetal actuator, etc. It is also applicable to other MEMS actuators.
加えて、上記実施の形態等において説明した各層の材料および厚み、または成膜方法などは限定されるものではなく、他の材料および厚みとしてもよく、または他の成膜方法としてもよい。 In addition, the material and thickness of each layer described in the above embodiment and the like, the film formation method, and the like are not limited, and other materials and thicknesses, or other film formation methods may be used.
10…基板、11S…信号線路、11G1,11G2…グランド線路、12…絶縁膜、13…可動部、13A,13B…シャント線路、14A,14B…櫛歯電極、15A,15B…グランド線路、16…可動電極、16A,16B…接点、17…絶縁膜、20…基板、21G…グランド層(グランド線路)、3,3A〜3F…伝送線路、30…キャビティ(中空部)、31…接合部、300A…送信系回路、300B…受信系回路、301…送受信切換器301、302…高周波フィルタ、303…アンテナ、Vin…入力ポート、Vout…出力ポート。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記基板に対向して設けられた被覆部材と、
前記被覆部材上に、中空部を介して前記信号線路と対向して設けられたグランドと
を備えた伝送線路。 A signal line provided on the substrate;
A covering member provided facing the substrate;
A transmission line comprising: a ground provided on the covering member so as to face the signal line through a hollow portion.
請求項1に記載の伝送線路。 The transmission line according to claim 1, wherein the substrate and the covering member are bonded to each other.
請求項2に記載の伝送線路。 The transmission line according to claim 2, wherein the hollow portion is decompressed.
請求項3に記載の伝送線路。 The transmission line according to claim 3, wherein an inert gas is sealed in the hollow portion.
マイクロストリップラインとして機能する
請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の伝送線路。 An insulating film is provided between the substrate and the signal line,
The transmission line according to claim 1, which functions as a microstrip line.
グランド付きコプレーナウェーブガイドとして機能する
請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の伝送線路。 An insulating film is provided between the substrate and the signal line, and on both sides of the signal line on the insulating film, a ground line is provided apart from the signal line,
The transmission line according to any one of claims 1 to 4, wherein the transmission line functions as a coplanar waveguide with a ground.
請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の伝送線路。 The transmission line according to any one of claims 1 to 4, wherein a switch for mechanically connecting and disconnecting the signal line is provided on the substrate.
請求項7に記載の伝送線路。 The transmission line according to claim 7, wherein the switch is a contact switch having the signal line as a fixed contact and a movable contact capable of lateral operation.
請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の伝送線路。 The transmission line according to claim 1, wherein the covering member is a plate-like member.
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