JP2012090207A - Air bridge structure of coplanar line - Google Patents

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敏彦 小杉
Hiroki Nakajima
裕樹 中島
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To easily use a plurality of air bridges while suppressing the influence of the cross capacity of the signal line of a coplanar line and the air bridges.SOLUTION: In an air bridge structure 100, a lower layer wiring layer 8 is provided with hole areas 12A and 12B formed by notching positions facing each other across a signal line 1 in ground lines 2A and 2B respectively, also an upper layer wiring layer 7 is provided with an upper layer ground electrode 13A electrically connected with the ground line 2A of the lower layer wiring layer 8 at the upper position of the hole area 12A and an upper layer ground electrode 13B electrically connected with the ground line 2B of the lower layer wiring layer 8 at the upper position of the hole area 12B, and the ground lines 2A and 2B are electrically connected through the upper layer ground electrodes 13A and 13B by an air bridge 3.

Description

本発明は、高周波回路技術に関し、特にコプレーナ線路の接地電極間を接続するためのエアブリッジ構造に関する。   The present invention relates to a high-frequency circuit technology, and more particularly to an air bridge structure for connecting ground electrodes of a coplanar line.

半導体集積回路等の高誘電率基板上でコプレーナ(以下、CPW線路という:Coplanar Waveguide)線路に用いるエアブリッジ構造は、CPW線路の接地を良好に行うために不可欠な接続構造である。このCPW線路は、信号線の両側に2つの接地電極を持つ構造をなしており、これらの接地電極を等電位に保つためは何らかの方法で両者を接続する必要がある。これを行う簡便な方法がエアブリッジ構造である。通常のエアブリッジ構造は、CPW線路、すなわち信号線路と接地電極を構成する配線層とは別の配線層で、2つの接地電極間をエアブリッジにより最短距離で接続する接続構造となっている。   An air bridge structure used for a coplanar (hereinafter referred to as CPW line: Coplanar Waveguide) line on a high dielectric constant substrate such as a semiconductor integrated circuit is an indispensable connection structure for satisfactorily grounding the CPW line. The CPW line has a structure having two ground electrodes on both sides of the signal line. In order to keep these ground electrodes at the same potential, it is necessary to connect the two by some method. A simple way to do this is the air bridge structure. The normal air bridge structure is a CPW line, that is, a wiring layer different from the signal line and the wiring layer constituting the ground electrode, and is a connection structure in which two ground electrodes are connected by an air bridge at the shortest distance.

このようなエアブリッジ構造では、信号線路とエアブリッジとが交差することから、両者の間に交差容量が生じ、しばしば問題となる。すなわち、エアブリッジは最寄りの接地電極に接続されていることから、信号線路とエアブリッジとの間の交差容量は、信号線に対し並列容量として振舞うことになる。このため、CPW線路の特性インピーダンスはエアブリッジの部分で低下し、信号の伝播に遅延を生じさせる。また、局所的な特性インピーダンスの低下に起因して、エアブリッジのある箇所で信号の反射が起こる。   In such an air bridge structure, since the signal line and the air bridge cross each other, a cross capacitance is generated between them, which is often a problem. That is, since the air bridge is connected to the nearest ground electrode, the cross capacitance between the signal line and the air bridge behaves as a parallel capacitance to the signal line. For this reason, the characteristic impedance of the CPW line decreases at the air bridge portion, causing a delay in signal propagation. Further, signal reflection occurs at a location where the air bridge exists due to a local decrease in characteristic impedance.

エアブリッジによるこれら作用が集積回路の動作に悪影響を及ぼす可能性がある場合、事前にエアブリッジの影響を考慮した回路設計を行わねばならない。ところが、現実にはエアブリッジが配置位置や個数は回路レイアウトの都合によって決まるため、回路設計の段階で正確に考慮することは困難である。そのため、回路設計とレイアウト作業を交互に行い、エアブリッジの配置を徐々に確定しながら回路設計へ反映する必要性があった。   If these effects of the air bridge may adversely affect the operation of the integrated circuit, a circuit design that takes into account the influence of the air bridge must be performed in advance. However, in reality, since the position and number of air bridges are determined by the convenience of the circuit layout, it is difficult to accurately consider at the stage of circuit design. Therefore, it is necessary to perform circuit design and layout work alternately to reflect the circuit design while gradually determining the arrangement of the air bridge.

このようなエアブリッジ構造における課題を解決するため、従来より幾つかの技術が提案されている。第1の従来技術として、配線を微細化することで寄生容量を減らす方法がある。これは、微細なCPW線路を用いると、エアブリッジの交差容量も必然的に減少させることができるからである。   In order to solve the problem in such an air bridge structure, several techniques have been conventionally proposed. As a first conventional technique, there is a method of reducing parasitic capacitance by miniaturizing wiring. This is because the use of a fine CPW line inevitably reduces the cross capacitance of the air bridge.

また、第2の従来技術として、エアブリッジで生じる交差容量を補償する方法が考えられる。その1つとして、エアブリッジのある箇所だけCPW線路の信号線幅を細くすることで配線のインダクタンス成分を増加させる方法がある(例えば、特許文献1など参照)。配線の特性インピーダンスは、線路単位長さあたりのインダクタンス対容量比の平方根で与えられるため、交差容量の大きさに比例して信号線のインダクタンスを増加させれば特性インピーダンスは一定値に保たれ、信号の反射を防ぐことが可能になる。   As a second conventional technique, a method for compensating for the cross capacitance generated in the air bridge can be considered. As one of them, there is a method of increasing the inductance component of the wiring by narrowing the signal line width of the CPW line only at a place where an air bridge is present (for example, see Patent Document 1). Since the characteristic impedance of the wiring is given by the square root of the inductance-to-capacitance ratio per unit length of the line, if the inductance of the signal line is increased in proportion to the size of the cross capacitance, the characteristic impedance is maintained at a constant value. Signal reflection can be prevented.

また、第3の従来技術として、マイクロストリップ線路を一部導入してエアブリッジを不要にする方法がある。これは、マイクロストリップ線路は接地電極が1つしかなく本質的にエアブリッジが不要であるからである。   As a third conventional technique, there is a method in which a part of a microstrip line is introduced to make an air bridge unnecessary. This is because the microstrip line has only one ground electrode and essentially does not require an air bridge.

特許第2569697号公報Japanese Patent No. 2569697

相川 他、「モノリシックマイクロ波集積回路」, pp. 51, 電子情報通信学会, ISBN88552-145-9, 1997/01/25Aikawa et al., “Monolithic microwave integrated circuit”, pp. 51, IEICE, ISBN88552-145-9, 1997/01/25

しかしながら、このような従来技術では、コプレーナ線路の信号線路とエアブリッジとの交差容量の影響をある程度抑制であるものの、多数のエアブリッジを容易に使用できないという問題点があった。
例えば、第1の従来技術では、線路の微細化が線路損失とのトレードオフとなるため、線路の一部を選んで微細化する必要がある。このとき、CPW線路のピッチ変換が必要となり、ピッチ変換に伴う新たな寄生効果を回路設計に反映しておく必要が生じる。また、大電力を扱う回路の場合、線路の微細化は電力定格によって制限があるため、線路の微細化には限界がある。
However, in such a conventional technique, although the influence of the cross capacitance between the signal line of the coplanar line and the air bridge is suppressed to some extent, there is a problem that a large number of air bridges cannot be used easily.
For example, in the first prior art, since the miniaturization of the line is a trade-off with the line loss, it is necessary to select and refine a part of the line. At this time, the pitch conversion of the CPW line is necessary, and a new parasitic effect accompanying the pitch conversion needs to be reflected in the circuit design. In addition, in the case of a circuit that handles high power, the miniaturization of the line is limited by the power rating, so there is a limit to the miniaturization of the line.

また、第2の従来技術では、コプレーナ線路における信号の伝播速度が低下してしまう。これは、信号の伝播速度は、伝播定数βにより決定され、その値は線路単位長さあたりのインダクタンス容量積の平方根に反比例するからである。このため、第2の従来技術で特性インピーダンスを補償すると、CPW線路の遅延時間がさらに増加してしまう。
また、第3の従来技術では、CPWマイクロストリップ変換による寄生効果を別途考慮する必要があり(例えば、非特許文献1など参照)、エアブリッジの影響を回路設計に反映させるための設計負担と変わりのない結果となる。
In the second prior art, the signal propagation speed in the coplanar line is reduced. This is because the propagation speed of the signal is determined by the propagation constant β, and its value is inversely proportional to the square root of the inductance capacity product per line unit length. For this reason, if the characteristic impedance is compensated for by the second prior art, the delay time of the CPW line further increases.
In the third prior art, it is necessary to separately consider the parasitic effect due to CPW microstrip conversion (see, for example, Non-Patent Document 1), which is different from the design burden for reflecting the influence of the air bridge in the circuit design. Result without.

本発明はこのような課題を解決するためのものであり、コプレーナ線路の信号線路とエアブリッジとの交差容量の影響を抑制しつつ、複数のエアブリッジを容易に使用できるエアブリッジ構造を提供することを目的としている。   The present invention is to solve such problems, and provides an air bridge structure that can easily use a plurality of air bridges while suppressing the influence of the cross capacitance between the signal line of the coplanar line and the air bridge. The purpose is that.

このような目的を達成するために、本発明にかかるエアブリッジ構造は、高誘電率基板上に形成された信号線路とこの信号線路を挟んで配置された第1および第2の接地線路とからなるコプレーナ線路を構成する下層配線層と、信号線路の上部を交差して第1および第2の接地線路間を電気的に接続するエアブリッジを構成する上層配線層とを備え、下層配線層は、第1および第2の接地線路のうち信号線路を挟んで互いに対向する位置を切り欠いて形成した第1および第2の空孔領域をそれぞれ有し、上層配線層は、第1の空孔領域の上部位置に下層配線層の第1の接地線路と電気的に接続された第1の上層接地電極と、第2の空孔領域の上部位置に下層配線層の第2の接地線路と電気的に接続された第2の上層接地電極とを有し、エアブリッジで、第1および第2の上層接地電極を介して第1および第2の接地線路間を電気的に接続するようにしたものである。   In order to achieve such an object, an air bridge structure according to the present invention includes a signal line formed on a high dielectric constant substrate and first and second ground lines arranged across the signal line. A lower wiring layer constituting a coplanar line and an upper wiring layer constituting an air bridge that crosses the upper part of the signal line and electrically connects the first and second ground lines, The first and second ground lines have first and second hole regions formed by cutting out positions facing each other across the signal line, and the upper wiring layer has the first hole. A first upper ground electrode electrically connected to the first ground line of the lower wiring layer at an upper position of the region, and a second ground line of the lower wiring layer electrically connected to the first hole line of the second hole region. And a second upper ground electrode connected to the air In Tsu di is obtained by the between the first and second ground lines through the first and second upper ground electrode to be electrically connected to each other.

この際、第1の接地線路のうち第1の空孔領域と隣接する位置に、第1の接地線路と第1の上層接地電極とを電気的に接続するための第1のコンタクトをさらに備え、第2の接地線路のうち第2の空孔領域と隣接する位置に、第2の接地線路と第2の上層接地電極とを電気的に接続するための第2のコンタクトをさらに備えてもよい。   In this case, a first contact for electrically connecting the first ground line and the first upper-layer ground electrode is further provided at a position adjacent to the first hole area in the first ground line. And a second contact for electrically connecting the second ground line and the second upper ground electrode at a position adjacent to the second hole area in the second ground line. Good.

また、第1のコンタクトを、第1の接地線路のうち第1の空孔領域と隣接する位置に、第1の空孔領域を取り囲むように形成し、第2のコンタクトを、第2の接地線路のうち第2の空孔領域と隣接する位置に、第2の空孔領域を取り囲むように形成してもよい。   The first contact is formed at a position adjacent to the first hole region in the first ground line so as to surround the first hole region, and the second contact is formed with the second ground. You may form so that a 2nd hole area | region may be enclosed in the position adjacent to a 2nd hole area | region among lines.

また、CPW線路のうちエアブリッジ構造が形成されていない部分における、CPW線路上方での信号線路と第1および第2の接地線路との間の線路間容量をCaとするとともに、高誘電率基板内部での信号線路と第1および第2の接地線路との間の線路間容量をCbとし、CPW線路のうちエアブリッジ構造が形成されている部分における、CPW線路上方での信号線路と第1および第2の接地線路との間および信号線路とエアブリッジとの間の線路間容量をCcとするとともに、高誘電率基板内部での信号線路と第1および第2の接地線路との間の線路間容量をCdとし、信号線路と第1および第2の接地線路との間の距離をLとした場合、Cc−Ca(L)=Cb−Cd(L)の式を満足する距離Lだけ、エアブリッジ構造における信号線路と第1および第2の接地線路とを離して形成してもよい。 Further, the capacitance between the signal line above the CPW line and the first and second ground lines in the portion where the air bridge structure is not formed in the CPW line is Ca, and a high dielectric constant substrate The inter-line capacitance between the internal signal line and the first and second ground lines is Cb, and the signal line above the CPW line and the first in the part where the air bridge structure is formed in the CPW line. And Cc between the signal line and the second ground line and between the signal line and the air bridge, and between the signal line and the first and second ground lines inside the high dielectric constant substrate. When the line-to-line capacitance is Cd and the distance between the signal line and the first and second ground lines is L, only the distance L that satisfies the formula Cc−Ca (L) = Cb−Cd (L) In the air bridge structure Line and may be formed by releasing the first and second ground lines.

本発明によれば、CPW線路の信号線路を細線化することなく信号線路とエアブリッジとの間に生じる交差容量の影響を抑制することができる。よって、エアブリッジ付近におけるCPW線路の特性インピーダンスや遅延時間の乱れを抑制することができ、優れたエアブリッジ構造を実現することができる。また、CPWマイクロストリップ変換による寄生効果など、複雑な回路設計を必要としないことから、複数のエアブリッジを容易に使用することが可能となる。   According to the present invention, the influence of the cross capacitance generated between the signal line and the air bridge can be suppressed without thinning the signal line of the CPW line. Therefore, the disturbance of the characteristic impedance and delay time of the CPW line in the vicinity of the air bridge can be suppressed, and an excellent air bridge structure can be realized. In addition, since a complicated circuit design such as a parasitic effect by CPW microstrip conversion is not required, a plurality of air bridges can be easily used.

一実施の形態にかかるエアブリッジ構造の構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the air bridge structure concerning one Embodiment. コプレーナ線路の形状を示す平面図である。It is a top view which shows the shape of a coplanar track | line. 図1のIII−III断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG. 1. 図1のIV−IV断面図である。It is IV-IV sectional drawing of FIG. 複数のエアブリッジ構造を密集配置した例である。This is an example in which a plurality of air bridge structures are densely arranged. 略楕円形状からなる空孔領域を持つエアブリッジ構造の例である。It is an example of the air bridge structure which has the hole area | region which consists of a substantially elliptical shape.

次に、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
[エアブリッジ構造]
まず、図1〜図4を参照して、本実施の形態にかかるコプレーナ(以下、CPW線路という:Coplanar Waveguide)線路のエアブリッジ構造について説明する。図1は、一実施の形態にかかるエアブリッジ構造の構成を示す平面図である。図2は、コプレーナ線路の形状を示す平面図である。図3は、図1のIII−III断面図である。図4は、図1のIV−IV断面図である。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Air bridge structure]
First, an air bridge structure of a coplanar (hereinafter referred to as CPW line: Coplanar Waveguide) line according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a plan view showing a configuration of an air bridge structure according to an embodiment. FIG. 2 is a plan view showing the shape of the coplanar line. 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III in FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV in FIG.

CPW線路は、高誘電率基板9上に形成された、導電膜からなる信号線路1と、この信号線路1を挟んで配置された、導電膜からなる接地線路(第1の接地線路)2Aおよび接地線路(第2の接地線路)2Bとから構成されている。これら信号線路1および接地線路2A,2Bの一方の端部からなる入力端子4から入力された高周波信号が、信号線路1および接地線路2A,2Bの他方の端部からなる出力端子5から取り出せるようにレイアウトされている。  The CPW line includes a signal line 1 made of a conductive film formed on the high dielectric constant substrate 9, and a ground line (first ground line) 2A made of a conductive film and sandwiching the signal line 1 therebetween. And a ground line (second ground line) 2B. A high-frequency signal input from the input terminal 4 consisting of one end of the signal line 1 and the ground lines 2A and 2B can be taken out from the output terminal 5 consisting of the other end of the signal line 1 and the ground lines 2A and 2B. Is laid out.

CPW線路のうち、信号線路1および接地線路2A,2Bは、高誘電率基板9の表面に位置する下層配線層8によって構成されている。また、CPW線路の中央には、信号線路1の上部を交差して接地線路2A,2B間を電気的に接続する導電部材からなるエアブリッジ3が配置されている。このエアブリッジ3は、導電部材からなるコンタクト11A,11Bを介して接地線路2A,2Bと電気的に接続されている。これらエアブリッジ3およびコンタクト11A,11Bは、下層配線層8の上部に位置する上層配線層7によって構成されている。   Among the CPW lines, the signal line 1 and the ground lines 2 </ b> A and 2 </ b> B are configured by the lower wiring layer 8 located on the surface of the high dielectric constant substrate 9. In the center of the CPW line, an air bridge 3 made of a conductive member that crosses the upper portion of the signal line 1 and electrically connects the ground lines 2A and 2B is disposed. The air bridge 3 is electrically connected to the ground lines 2A and 2B via contacts 11A and 11B made of a conductive member. The air bridge 3 and the contacts 11A and 11B are constituted by an upper wiring layer 7 located above the lower wiring layer 8.

本実施の形態にかかるエアブリッジ構造100は、このような下層配線層8において、接地線路2A,2Bのうち信号線路1を挟んで互いに対向する位置を切り欠いて形成した空孔領域(第1の空孔領域)12Aと空孔領域(第2の空孔領域)12Bとをそれぞれ有している。   The air bridge structure 100 according to the present embodiment has a hole region (first region) formed by cutting out positions facing each other across the signal line 1 of the ground lines 2A and 2B in the lower wiring layer 8 as described above. ) (Hole area) 12A and hole area (second hole area) 12B.

また、上層配線層7において、空孔領域12Aの上部位置に、下層配線層8の接地線路2Aと電気的に接続された上層接地電極(第1の上層接地電極)13Aを有し、空孔領域12Bの上部位置に、下層配線層8の接地線路2Bと電気的に接続された上層接地電極(第2の上層接地電極)13Bとを有しており、エアブリッジ3で、上層接地電極13A,13Bを介して接地線路2A,2B間を電気的に接続している。
図2の例では、空孔領域12A,12Bは、接地線路2A,2Bのうち信号線路1側の側部を矩形状に切り欠いて形成されている。
The upper wiring layer 7 has an upper layer ground electrode (first upper layer ground electrode) 13A electrically connected to the ground line 2A of the lower wiring layer 8 at a position above the hole region 12A. An upper layer ground electrode (second upper layer ground electrode) 13B electrically connected to the ground line 2B of the lower wiring layer 8 is provided at an upper position of the region 12B. , 13B are electrically connected between the ground lines 2A, 2B.
In the example of FIG. 2, the hole regions 12 </ b> A and 12 </ b> B are formed by cutting out the side portion on the signal line 1 side of the ground lines 2 </ b> A and 2 </ b> B into a rectangular shape.

上層接地電極13A,13Bは、上層配線層7のうちエアブリッジ3と同じ高さ位置であって、これら空孔領域12A,12Bの上部位置に、これら空孔領域12A,12Bを覆うように配置されている。これら上層接地電極13A,13Bは、エアブリッジ3とは別個の導電部材で形成した後、エアブリッジ3と電気的に接合してもよく、エアブリッジ3と同一の導電部材で一括形成してもよい。   The upper layer ground electrodes 13A and 13B are arranged at the same height as the air bridge 3 in the upper wiring layer 7 and at positions above the hole regions 12A and 12B so as to cover the hole regions 12A and 12B. Has been. These upper-layer ground electrodes 13A and 13B may be formed of a conductive member separate from the air bridge 3, and then electrically connected to the air bridge 3, or may be collectively formed of the same conductive member as the air bridge 3. Good.

コンタクト11A,11Bは、接地線路2A,2Bのうち、空孔領域12A,12B、すなわち切り欠き部と隣接する位置に配置されており、上層接地電極13A,13Bを空孔領域12A,12Bの上部位置に支持するとともに、下層配線層8の接地線路2A,2Bと上層接地電極13A,13Bの周部とを電気的に接続している。
また、コンタクト11Aは、接地線路2Aのうち空孔領域12Aと隣接する位置に、空孔領域12Aを取り囲むように形成し、コンタクト11Bは、接地線路2Bのうち空孔領域12Bと隣接する位置に、空孔領域12Bを取り囲むように形成してもよい。
これらCPW線路およびエアブリッジ構造100については、例えばモノリシックマイクロ波集積回路技術など、既存の半導体製造プロセス技術を用いて製造すればよい。
The contacts 11A and 11B are arranged in the hole areas 12A and 12B, that is, the positions adjacent to the notches in the ground lines 2A and 2B. The ground lines 2A and 2B of the lower wiring layer 8 and the peripheral portions of the upper ground electrodes 13A and 13B are electrically connected to each other.
Further, the contact 11A is formed at a position adjacent to the hole area 12A in the ground line 2A so as to surround the hole area 12A, and the contact 11B is positioned at a position adjacent to the hole area 12B in the ground line 2B. Alternatively, it may be formed so as to surround the hole region 12B.
The CPW line and the air bridge structure 100 may be manufactured using existing semiconductor manufacturing process technology such as monolithic microwave integrated circuit technology.

次に、空孔領域12A,12Bの作用について詳細に説明する。
図3に示すように、CPW線路のうちエアブリッジ構造100が形成されていないIII−III断面付近では、CPW線路上方の容量として、信号線路1と接地線路2A,2Bとの間に線路間容量21(Ca)が生じるとともに、高誘電率基板9内部の容量として、信号線路1と接地線路2A,2Bとの間に線路間容量22(Cb)が生じる。通常、誘電体基板の比誘電率は、1より少なくとも何倍か大きな値を持つことから、CbはCaより何倍か大きな値になる。
Next, the operation of the hole regions 12A and 12B will be described in detail.
As shown in FIG. 3, in the vicinity of the III-III cross section of the CPW line where the air bridge structure 100 is not formed, the line-to-line capacitance between the signal line 1 and the ground lines 2A and 2B as the capacity above the CPW line. 21 (Ca) is generated, and an inter-line capacitance 22 (Cb) is generated between the signal line 1 and the ground lines 2A and 2B as a capacitance inside the high dielectric constant substrate 9. Usually, since the relative permittivity of the dielectric substrate has a value at least several times larger than 1, Cb is several times larger than Ca.

また、図4に示すように、CPW線路のうちエアブリッジ構造100が形成されているIV−IV断面付近には、信号線路1および接地線路2A,2Bのほかに、エアブリッジ3、空孔領域12A,12B、およびコンタクト6が存在する。したがって、IV−IV断面付近では、CPW線路上方の容量として、信号線路1と接地線路2A,2Bとの間、および信号線路1とエアブリッジ3との間に、線路間容量23(Cc)が生じるとともに、高誘電率基板9内部の容量として、信号線路1と接地線路2A,2Bとの間に線路間容量24(Cd)が生じる。通常、誘電体基板の比誘電率は、1より少なくとも何倍か大きな値を持つことから、CcはCdより何倍か大きな値になる。   Further, as shown in FIG. 4, in addition to the signal line 1 and the ground lines 2 </ b> A and 2 </ b> B, the air bridge 3, the hole region is located in the vicinity of the IV-IV cross section where the air bridge structure 100 is formed in the CPW line. 12A, 12B, and contact 6 exist. Therefore, in the vicinity of the IV-IV cross section, the capacitance between the signal line 1 and the ground lines 2A and 2B and between the signal line 1 and the air bridge 3 is the capacitance above the CPW line. In addition, an inter-line capacitance 24 (Cd) is generated between the signal line 1 and the ground lines 2A and 2B as a capacitance inside the high dielectric constant substrate 9. Usually, the dielectric constant of the dielectric substrate has a value that is at least several times larger than 1, so Cc is several times larger than Cd.

ここで、CaとCcとを比較すると、信号線路1とエアブリッジ3との交差部分で生じる交差容量の影響でCcはCaより大きな値を持ち、その交差容量の値は2つの容量の差Cc−Caで表される。   Here, when Ca and Cc are compared, Cc has a larger value than Ca due to the influence of the cross capacitance generated at the intersection of the signal line 1 and the air bridge 3, and the value of the cross capacitance is the difference Cc between the two capacitances. It is represented by -Ca.

一方、空孔領域12の大きさを変えることで、図3の信号線路1と接地線路2A,2Bとの距離Lは任意の大きさまで増やすことができる。言い換えると、線路間容量Cdは、信号線路1と接地線路2A,2Bとの間の距離Lの関数で表され、距離Lを増加させて線路間容量Cdを減少させることが可能である。この際、線路間容量Caも同時に減少するが、既に述べた誘電率の違いからその変化量は小さい。   On the other hand, by changing the size of the hole region 12, the distance L between the signal line 1 and the ground lines 2A and 2B in FIG. 3 can be increased to an arbitrary size. In other words, the inter-line capacitance Cd is expressed as a function of the distance L between the signal line 1 and the ground lines 2A and 2B, and the inter-line capacitance Cd can be decreased by increasing the distance L. At this time, the inter-line capacitance Ca also decreases at the same time, but the amount of change is small due to the already described difference in dielectric constant.

したがって、交差容量の影響を取り除くための条件は、次の式(1)を満たす距離Lまで、信号線路1と接地線路2A,2Bとの間を離せばよいことが分かる。
Cc−Ca(L)=Cb−Cd(L) …(1)
交差容量が極度に大きい場合を除けば、CcとCaは、CbやCdより小さな値であることから、式(1)を満たす距離Lを見つけることは容易である。つまり、本実施の形態にかかるエアブリッジ構造100においては、エアブリッジ3の近傍で信号線路1の形状を変えることなく、交差容量が補正されることがわかる。
Therefore, it can be seen that the condition for removing the influence of the cross capacitance is that the signal line 1 and the ground lines 2A and 2B are separated to a distance L that satisfies the following expression (1).
Cc-Ca (L) = Cb-Cd (L) (1)
Except for the case where the cross capacitance is extremely large, Cc and Ca are smaller than Cb and Cd, and therefore it is easy to find the distance L that satisfies the equation (1). That is, it can be seen that in the air bridge structure 100 according to the present embodiment, the cross capacitance is corrected without changing the shape of the signal line 1 in the vicinity of the air bridge 3.

また、空孔領域12A,12Bは、上層接地電極13A,13Bを構成する上層配線層7によって覆われている。すなわち、空孔領域12A,12Bに元々存在していた接地線路2A,2Bが、上層接地電極13A,13Bとしてコンタクト11A,11Bにより、空孔領域12A,12Bの上部の上層配線層7へ持ち上げられたことになる。そのため、空孔領域12A,12Bに元々存在していた接地線路2A,2Bによる働きは上層接地電極13A,13Bによって代替されている。つまり、CPW線路のギャップ(信号線路1と接地線路2A,2Bとの間の距離)は、入力端子4と出力端子5との間で実効的に一定に保たれており、空孔領域12による影響が最小に抑えられていることも理解できる。   The hole regions 12A and 12B are covered with the upper wiring layer 7 constituting the upper ground electrodes 13A and 13B. That is, the ground lines 2A and 2B originally existing in the hole regions 12A and 12B are lifted to the upper wiring layer 7 above the hole regions 12A and 12B by the contacts 11A and 11B as the upper layer ground electrodes 13A and 13B. That's right. Therefore, the functions of the ground lines 2A and 2B originally existing in the hole regions 12A and 12B are replaced by the upper layer ground electrodes 13A and 13B. In other words, the gap of the CPW line (the distance between the signal line 1 and the ground lines 2A and 2B) is effectively kept constant between the input terminal 4 and the output terminal 5, and depends on the hole region 12. It can also be seen that the impact is minimized.

[本実施の形態の効果]
このように、本実施の形態は、エアブリッジ構造100のうち、下層配線層8に、接地線路2A,2Bのうち信号線路1を挟んで互いに対向する位置を切り欠いて形成した空孔領域12A,12Bをそれぞれ設けるとともに、上層配線層7に、空孔領域12Aの上部位置に下層配線層8の接地線路2Aと電気的に接続された上層接地電極13Aと、空孔領域12Bの上部位置に下層配線層8の接地線路2Bと電気的に接続された上層接地電極13Bとを設け、エアブリッジ3で、上層接地電極13A,13Bを介して接地線路2A,2B間を電気的に接続するようにしたものである。
[Effects of the present embodiment]
As described above, in the present embodiment, in the air bridge structure 100, the hole region 12A formed by cutting out the positions facing each other across the signal line 1 of the ground lines 2A and 2B in the lower wiring layer 8. , 12B respectively, and an upper layer ground electrode 13A electrically connected to the ground line 2A of the lower layer wiring layer 8 at the upper position of the hole region 12A and an upper position of the hole region 12B. An upper ground electrode 13B that is electrically connected to the ground line 2B of the lower wiring layer 8 is provided, and the ground lines 2A and 2B are electrically connected by the air bridge 3 via the upper layer ground electrodes 13A and 13B. It is a thing.

より具体的には、接地線路2Aのうち空孔領域12Aと隣接する位置に、接地線路2Aと上層接地電極13Aとを電気的に接続するためのコンタクト11Aを設けるとともに、接地線路2Bのうち空孔領域12Bと隣接する位置に、接地線路2Bと上層接地電極13Bとを電気的に接続するためのコンタクト11Bを設けたものである。
また、コンタクト11Aは、接地線路2Aのうち空孔領域12Aと隣接する位置に、空孔領域12Aを取り囲むように形成し、コンタクト11Bは、接地線路2Bのうち空孔領域12Bと隣接する位置に、空孔領域12Bを取り囲むように形成したものである。
More specifically, a contact 11A for electrically connecting the ground line 2A and the upper layer ground electrode 13A is provided at a position adjacent to the hole area 12A in the ground line 2A, and an empty space in the ground line 2B. A contact 11B for electrically connecting the ground line 2B and the upper layer ground electrode 13B is provided at a position adjacent to the hole region 12B.
Further, the contact 11A is formed at a position adjacent to the hole area 12A in the ground line 2A so as to surround the hole area 12A, and the contact 11B is positioned at a position adjacent to the hole area 12B in the ground line 2B. These are formed so as to surround the hole region 12B.

これにより、CPW線路の信号線路1を細線化することなく信号線路1とエアブリッジ3との間に生じる交差容量の影響を抑制することができる。よって、本実施の形態によるエアブリッジ構造100によれば、エアブリッジ3付近におけるCPW線路の特性インピーダンスや遅延時間の乱れを抑制することができ、優れたエアブリッジ構造を実現することができる。また、CPWマイクロストリップ変換による寄生効果など、複雑な回路設計を必要としないことから、複数のエアブリッジを容易に使用することが可能となる。   Thereby, the influence of the cross capacitance generated between the signal line 1 and the air bridge 3 can be suppressed without thinning the signal line 1 of the CPW line. Therefore, according to the air bridge structure 100 according to the present embodiment, the disturbance of the characteristic impedance and delay time of the CPW line in the vicinity of the air bridge 3 can be suppressed, and an excellent air bridge structure can be realized. In addition, since a complicated circuit design such as a parasitic effect by CPW microstrip conversion is not required, a plurality of air bridges can be easily used.

図5は、複数のエアブリッジ構造を密集配置した例である。前述した本実施の形態によるエアブリッジ構造100の効果から、図5に示すように、エアブリッジ3を密集させたCPW線路も特性変動少なく構成できる。高密度のエアブリッジ3は、CPW線路から電磁波が放射されるのを防ぐ働きがある。よって、線路から電磁波が放射されやすい高周波ほど本発明によるエアブリッジ構造は有用になる。   FIG. 5 is an example in which a plurality of air bridge structures are densely arranged. Due to the effects of the air bridge structure 100 according to the present embodiment described above, as shown in FIG. The high-density air bridge 3 functions to prevent electromagnetic waves from being radiated from the CPW line. Therefore, the air bridge structure according to the present invention becomes more useful as the high frequency at which electromagnetic waves are easily radiated from the line.

図6は、略楕円形状からなる空孔領域を持つエアブリッジ構造の例である。本実施の形態では、空孔領域12A,12Bが矩形状の切り欠き部から構成されている場合を例として説明したが、この切り欠き部の形状については、矩形状に限定されるものではなく、多角形状、円形状、楕円形状、略円形状、半円形状、略半円形状、半楕円形状、略半楕円形状など、他の形状であってもよい。   FIG. 6 is an example of an air bridge structure having a hole region having a substantially elliptical shape. In the present embodiment, the case where the hole regions 12A and 12B are formed of rectangular cutouts has been described as an example. However, the shape of the cutouts is not limited to a rectangular shape. Other shapes such as a polygonal shape, a circular shape, an elliptical shape, a substantially circular shape, a semicircular shape, a substantially semicircular shape, a semielliptical shape, and a substantially semielliptical shape may be used.

また、本実施の形態において、CPW線路のうちエアブリッジ構造100が形成されていない部分における、CPW線路上方での信号線路1と接地線路2A,2Bとの間の線路間容量をCaとするとともに、高誘電率基板9内部での信号線路1と接地線路2A,2Bとの間の線路間容量をCbとし、CPW線路のうちエアブリッジ構造100が形成されている部分における、CPW線路上方での信号線路1と接地線路2A,2Bとの間および信号線路1とエアブリッジ3との間の線路間容量をCcとするとともに、高誘電率基板9内部での信号線路1と接地線路2A,2Bとの間の線路間容量をCdとし、信号線路1と接地線路2A,2Bとの間の距離をLとした場合、Cc−Ca(L)=Cb−Cd(L)の式を満足する距離Lだけ、エアブリッジ構造100における信号線路1と接地線路2A,2Bとを離して形成するようにしてもよい。 In the present embodiment, the inter-line capacitance between the signal line 1 and the ground lines 2A and 2B above the CPW line in the part where the air bridge structure 100 is not formed in the CPW line is set as Ca. The inter-line capacitance between the signal line 1 and the ground lines 2A and 2B inside the high dielectric constant substrate 9 is Cb, and the CPW line is located above the CPW line in the portion where the air bridge structure 100 is formed. The inter-line capacitance between the signal line 1 and the ground lines 2A and 2B and between the signal line 1 and the air bridge 3 is Cc, and the signal line 1 and the ground lines 2A and 2B in the high dielectric constant substrate 9 are provided. Is a distance satisfying the expression Cc−Ca (L) = Cb−Cd (L) where Cd is a line-to-line capacitance between the signal line 1 and the ground line 2A and 2B. L only, air The signal line 1 and the ground line 2A in the ridge structure 100 may be formed away and 2B.

これにより、エアブリッジ構造100における信号線路1とエアブリッジ3との間の交差容量の影響を完全に取り除くことができ、極めて優れたエアブリッジ構造を実現することができる。   Thereby, the influence of the cross capacitance between the signal line 1 and the air bridge 3 in the air bridge structure 100 can be completely removed, and an extremely excellent air bridge structure can be realized.

[実施の形態の拡張]
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。
[Extended embodiment]
The present invention has been described above with reference to the embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments. Various changes that can be understood by those skilled in the art can be made to the configuration and details of the present invention within the scope of the present invention.

100…エアブリッジ構造、1…信号線路、2A…接地線路(第1の接地線路)、2B…接地線路(第2の接地線路)、3…エアブリッジ、4…入力端子、5…出力端子、7…上層配線層、8…下層配線装置、9…高誘電率基板、11A…コンタクト(第1のコンタクト)、11B…コンタクト(第2のコンタクト)、12A…空孔領域(第1の空孔領域)、12B…空孔領域(第2の空孔領域)、13A…上層接地電極(第1の上層接地電極)、13B…上層接地電極(第2の上層接地電極)、Ca,Cb,Cc,Cd…線路間容量、L…距離。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Air bridge structure, 1 ... Signal line, 2A ... Ground line (1st ground line), 2B ... Ground line (2nd ground line), 3 ... Air bridge, 4 ... Input terminal, 5 ... Output terminal, DESCRIPTION OF SYMBOLS 7 ... Upper layer wiring layer, 8 ... Lower layer wiring apparatus, 9 ... High dielectric constant board | substrate, 11A ... Contact (1st contact), 11B ... Contact (2nd contact), 12A ... Hole area | region (1st hole) Region), 12B ... hole region (second hole region), 13A ... upper layer ground electrode (first upper layer ground electrode), 13B ... upper layer ground electrode (second upper layer ground electrode), Ca, Cb, Cc , Cd: capacitance between lines, L: distance.

Claims (4)

高誘電率基板上に形成された信号線路とこの信号線路を挟んで配置された第1および第2の接地線路とからなるコプレーナ線路を構成する下層配線層と、
前記信号線路の上部を交差して前記第1および第2の接地線路間を電気的に接続するエアブリッジを構成する上層配線層とを備え、
前記下層配線層は、前記第1および第2の接地線路のうち前記信号線路を挟んで互いに対向する位置を切り欠いて形成した第1および第2の空孔領域をそれぞれ有し、
前記上層配線層は、前記第1の空孔領域の上部位置に前記下層配線層の前記第1の接地線路と電気的に接続された第1の上層接地電極と、前記第2の空孔領域の上部位置に前記下層配線層の前記第2の接地線路と電気的に接続された第2の上層接地電極とを有し、
前記エアブリッジは、前記第1および第2の上層接地電極を介して前記第1および第2の接地線路間を電気的に接続する
ことを特徴とするエアブリッジ構造。
A lower wiring layer constituting a coplanar line comprising a signal line formed on a high dielectric constant substrate and first and second ground lines arranged across the signal line;
An upper wiring layer constituting an air bridge that crosses the upper portion of the signal line and electrically connects the first and second ground lines;
The lower wiring layer has first and second hole regions formed by cutting out positions facing each other across the signal line among the first and second ground lines,
The upper wiring layer includes a first upper layer ground electrode electrically connected to the first ground line of the lower wiring layer at an upper position of the first hole region, and the second hole region. A second upper layer ground electrode electrically connected to the second ground line of the lower wiring layer at an upper position of
The air bridge electrically connects the first and second ground lines via the first and second upper layer ground electrodes.
請求項1に記載のエアブリッジ構造において、
前記第1の接地線路のうち前記第1の空孔領域と隣接する位置に、前記第1の接地線路と前記第1の上層接地電極とを電気的に接続するための第1のコンタクトをさらに備え、
前記第2の接地線路のうち前記第2の空孔領域と隣接する位置に、前記第2の接地線路と前記第2の上層接地電極とを電気的に接続するための第2のコンタクトをさらに備える
ことを特徴とするエアブリッジ構造。
In the air bridge structure according to claim 1,
A first contact for electrically connecting the first ground line and the first upper-layer ground electrode is further provided at a position adjacent to the first hole area in the first ground line. Prepared,
A second contact for electrically connecting the second ground line and the second upper layer ground electrode is further provided at a position adjacent to the second hole area in the second ground line. An air bridge structure characterized by comprising.
請求項2に記載のエアブリッジ構造において、
前記第1のコンタクトは、前記第1の接地線路のうち前記第1の空孔領域と隣接する位置に、前記第1の空孔領域を取り囲むように形成されており、
前記第2のコンタクトは、前記第2の接地線路のうち前記第2の空孔領域と隣接する位置に、前記第2の空孔領域を取り囲むように形成されている
ことを特徴とするエアブリッジ構造。
In the air bridge structure according to claim 2,
The first contact is formed at a position adjacent to the first hole region in the first ground line so as to surround the first hole region,
The air bridge is characterized in that the second contact is formed at a position adjacent to the second hole area in the second ground line so as to surround the second hole area. Construction.
請求項1〜請求項3のいずれか1つに記載のエアブリッジ構造において、
前記コプレーナ線路のうち前記エアブリッジ構造が形成されていない部分における、前記コプレーナ線路上方での前記信号線路と前記第1および第2の接地線路との間の線路間容量をCaとするとともに、前記高誘電率基板内部での前記信号線路と前記第1および第2の接地線路との間の線路間容量をCbとし、前記コプレーナ線路のうち前記エアブリッジ構造が形成されている部分における、前記コプレーナ線路上方での前記信号線路と前記第1および第2の接地線路との間および前記信号線路と前記エアブリッジとの間の線路間容量をCcとするとともに、前記高誘電率基板内部での前記信号線路と前記第1および第2の接地線路との間の線路間容量をCdとし、前記信号線路と前記第1および第2の接地線路との間の距離をLとした場合、Cc−Ca(L)=Cb−Cd(L)の式を満足する距離Lだけ、前記エアブリッジ構造における前記信号線路と前記第1および第2の接地線路とが離れて形成されていることを特徴とするエアブリッジ構造。
In the air bridge structure according to any one of claims 1 to 3,
The inter-line capacitance between the signal line and the first and second ground lines above the coplanar line in a portion of the coplanar line where the air bridge structure is not formed is Ca, The coplanar in the portion where the air bridge structure is formed in the coplanar line, where Cb is a line capacitance between the signal line and the first and second ground lines inside the high dielectric constant substrate. The line-to-line capacitance between the signal line and the first and second ground lines above the line and between the signal line and the air bridge is Cc, and the inside of the high dielectric constant substrate A line capacitance between a signal line and the first and second ground lines is Cd, and a distance between the signal line and the first and second ground lines is L. A distance L which satisfies the equation Cc-Ca (L) = Cb -Cd (L), the said signal line in the air bridge structure and the first and second ground lines are formed apart Air bridge structure characterized by
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