JP2019096979A - Impedance converter - Google Patents

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Abstract

To provide an impedance converter in which improvement of refinement of pad interval and wiring density is compatible with reduction of crosstalk noise between wires.SOLUTION: An impedance converter includes dielectric boards (10, 20), first conductor layers (11, 21) formed on one side of the board and second conductor layers (12, 22) formed on the other side of the board, and multiple strip lines (13, 23) consisting of conductors formed in the board separately from the first and second conductor layers. In at least one of the multiple lines, the distances (h1, h3) to at least any one of the first and second conductor layers are different from each other on the one end side and the other end side, and distance to any one of the first and second conductor layers changes gradually from the one end side across the other end side.SELECTED DRAWING: Figure 1A

Description

本発明は、インピーダンス変換器に関し、特に、半導体高周波モジュールにおいて用いられる、ストリップ線路の構造を有する伝送線路からなるインピーダンス変換器に関するものである。   The present invention relates to an impedance converter, and more particularly to an impedance converter composed of a transmission line having a strip line structure used in a semiconductor high frequency module.

高周波回路に用いられる伝送線路として、ストリップ線路が使用されている。ストリップ線路は、電磁波を伝送する伝送線路の一種であって、板状の誘電体基板の表面および裏面にそれぞれ形成された導体と、その誘電体基板の内部に形成された線状のストリップ導体(以下、単に「線路」ということがある。)とからなる。誘電体基板の表面および裏面にそれぞれ形成された導体はGNDになっている(以下、誘電体基板の表面および裏面にそれぞれ形成された導体を「グランド層」ということがある。)。   A strip line is used as a transmission line used for a high frequency circuit. A strip line is a kind of transmission line for transmitting an electromagnetic wave, and a conductor formed on the front and back of a plate-like dielectric substrate and a linear strip conductor formed on the inside of the dielectric substrate ( Hereinafter, it may only be called a "line." Conductors respectively formed on the front and back surfaces of the dielectric substrate are at GND (hereinafter, the conductors respectively formed on the front and back surfaces of the dielectric substrate may be referred to as “ground layers”).

このようなストリップ線路の特性インピーダンスは、線路の幅および厚さ、誘電体基板の誘電率、線路とグランド層との間の距離によって決定される。   The characteristic impedance of such a strip line is determined by the line width and thickness, the dielectric constant of the dielectric substrate, and the distance between the line and the ground layer.

高周波回路に、例えばある一定のインピーダンスを有する負荷回路や信号源を接続する場合、これらの接続部分で電力や信号を効率よく伝達させるために、高周波回路と負荷回路や信号源の特性インピーダンスを整合させる必要がある。このインピーダンス整合を行わせるため、ストリップ線路の両端で特性インピーダンスが異なるように形成したインピーダンス変換器が用いられる。   When connecting a load circuit or signal source having a certain impedance, for example, to a high frequency circuit, match the characteristic impedances of the high frequency circuit with the load circuit or signal source in order to efficiently transmit power and signals at these connection parts. You need to In order to perform this impedance matching, an impedance converter formed to have different characteristic impedances at both ends of the strip line is used.

従来より、伝送線路によるインピーダンス変換器においては、急激なインピーダンス変化による高周波帯での伝送特性の劣化を防ぐため、図18および図19A、図19Bに示すように、誘電体基板30の裏面および表面にそれぞれ形成されたグランド層31、32と、その誘電体基板30の内部に形成された線路(ストリップ導体)33とからなるストリップ線路3において、線路33を平面視でテーパー形状に形成し、その線路幅を徐々に変化させることによって、所望のインピーダンスに変換させていた(非特許文献1)。   Conventionally, in an impedance converter using a transmission line, in order to prevent deterioration of transmission characteristics in a high frequency band due to a rapid impedance change, as shown in FIGS. 18 and 19A, 19B, the back surface and the front surface of dielectric substrate 30. In the stripline 3 consisting of the ground layers 31 and 32 formed respectively and the line (strip conductor) 33 formed inside the dielectric substrate 30, the line 33 is formed in a tapered shape in plan view, By gradually changing the line width, the impedance is converted to a desired impedance (Non-Patent Document 1).

特開2013−251863JP 2013-251863

P. Pramanick, et al., “Tapered Microstrip Transmission Lines,”IEEE MTT-S Int. Microw. Symp. Dig., vol. 1983, pp. 242-244. 1983.P. Pramanick, et al., "Tapered Microstrip Transmission Lines," IEEE MTT-S Int. Microw. Symp. Dig., Vol. 1983, pp. 242-244. 1983.

一方、近年、半導体高周波モジュールの信号数の増大・基板接続パッドの微細化が進んでいる。すなわち、半導体高周波モジュールの高機能化のために半導体高周波モジュールから入出力される信号が増加しており、半導体高周波モジュールの高機能化・低コスト化の為には外形サイズを小さくする必要があるために、基板接続パッドとパッド間隔の微細化が進行している。   On the other hand, in recent years, the increase in the number of signals of semiconductor high frequency modules and the miniaturization of substrate connection pads have been advanced. That is, the signals input to and output from the semiconductor high frequency module are increased to improve the functionality of the semiconductor high frequency module, and the external size needs to be reduced for the high performance and cost reduction of the semiconductor high frequency module. In order to achieve this, the miniaturization of substrate connection pads and pad spacing is in progress.

その結果、半導体高周波モジュールと接続する配線基板において、高密度で多信号を引き回せる伝送線路や、伝送線路によって高周波特性を維持したままインピーダンス変換を行うインピーダンス変換器の実現が求められている。   As a result, in a wiring board connected to a semiconductor high frequency module, realization of a transmission line capable of drawing a large number of signals at high density and an impedance converter performing impedance conversion while maintaining high frequency characteristics by the transmission line are required.

ストリップ線路によって高周波特性を維持したままインピーダンス変換を行う場合、従来技術では、図20および図21に示すように、テーパー形状の複数の線路33−1、33−2、33−3を設け、各線路33−1、33−2、33−3の線路幅を徐々に変化させている。   In the case of performing impedance conversion by a strip line while maintaining high frequency characteristics, in the prior art, as shown in FIGS. 20 and 21, a plurality of tapered lines 33-1, 33-2, 33-3 are provided, The line widths of the lines 33-1, 33-2, and 33-3 are gradually changed.

しかしながら、この場合には、線路33(33−1、33−2、33−3)それぞれの線路幅が大きくなるに伴って、パッド35(35−1、35−2、35−3)、37(37−1、37−2、37−3)同士の間隔が拡大したり(図20)、線路33(33−1、33−2、33−3)同士の間隔が小さくなっていくと、配線間のクロストークノイズが大きくなったり(図21)するという問題があった。特に、配線間のクロストークノイズは、互いに隣り合う信号線のうち、一方の信号線によって信号パルスが伝送された時に、他方の信号線の電子を変位させることにより生じるものである。このため、複数の線路33(33−1、33−2、33−3)同士の間隔が小さくなればなる程、一の線路33によって信号パルスが伝送された時に他の線路33に生じる電子の変位量も大きくなり、クロストークノイズも大きくなっていく。
したがって、ストリップ線路を用いたインピーダンス変換器を高密度実装に適用することが困難となることがあった。
However, in this case, as the line widths of the lines 33 (33-1, 33-2, 33-3) increase, the pads 35 (35-1, 35-2, 35-3), When the distance between (37-1, 37-2, 37-3) increases (FIG. 20) or when the distance between the lines 33 (33-1, 33-2, 33-3) decreases, There is a problem that crosstalk noise between wires increases (FIG. 21). In particular, crosstalk noise between wires is generated by displacing electrons of the other signal line when a signal pulse is transmitted by one of the signal lines adjacent to each other. For this reason, as the distance between the plurality of lines 33 (33-1, 33-2, 33-3) decreases, the number of electrons generated in the other lines 33 when the signal pulse is transmitted by one line 33. The displacement amount also increases, and the crosstalk noise also increases.
Therefore, it may be difficult to apply an impedance converter using a strip line to high density mounting.

そこで、本発明は、パッド間隔の微細化および配線密度の向上と、配線間のクロストークノイズの低減とを両立する、いわゆる高密度実装に適用可能な、半導体高周波モジュールにおけるインピーダンス変換器を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention provides an impedance converter in a semiconductor high frequency module applicable to so-called high density mounting, which achieves both miniaturization of pad spacing and improvement of wiring density and reduction of crosstalk noise between wirings. The purpose is

上記の目的を達成するために、本発明に係るインピーダンス変換器は、誘電体からなる基板(10、20)と、
この基板の一の面に形成された第1導体層(11、21)と前記基板の他の面に形成された第2導体層(12、22)と、前記基板の内部に前記第1導体層および前記第2導体層から離間して形成された、導体からなる複数のストリップ状の線路(13、23)とを備え、前記複数の線路の少なくとも1つは、その一端側とその他端側において少なくとも前記第1導体層および前記第2導体層のいずれかとの距離(h1、h3)が互いに異なり、前記一端側から前記他端側にかけて前記第1導体層および前記第2導体層のいずれかとの距離が徐々に変化していることを特徴とする。
In order to achieve the above object, an impedance converter according to the present invention comprises: a substrate (10, 20) made of a dielectric;
A first conductor layer (11, 21) formed on one surface of the substrate, a second conductor layer (12, 22) formed on the other surface of the substrate, and the first conductor inside the substrate A plurality of strip-like lines (13, 23) made of a conductor and separated from the layer and the second conductor layer, at least one of the plurality of lines having one end and the other end The distance (h1, h3) to at least one of the first conductor layer and the second conductor layer is different from each other, and any one of the first conductor layer and the second conductor layer is different from the one end side to the other end side It is characterized in that the distance of is gradually changing.

本発明に係るインピーダンス変換器において、前記複数の線路(13)は、それぞれ一端側から他端側にかけて前記第1導体層(11)と前記第2導体層(12)のいずれか一方に向かって徐々に近づいていてもよい。   In the impedance converter according to the present invention, the plurality of lines (13) are directed from the one end side to the other end side toward any one of the first conductor layer (11) and the second conductor layer (12). It may be approaching gradually.

上記のインピーダンス変換器において、前記複数の線路(13)は、交互に前記第1導体層(11)と前記第2導体層(12)に向かって徐々に近づいているようにしてもよい。   In the above impedance converter, the plurality of lines (13) may be gradually approached to the first conductor layer (11) and the second conductor layer (12) alternately.

また、本発明に係るインピーダンス変換器において、前記複数の線路(23)と前記基板(20)の一の面に形成された第1導体層(21)および前記基板の他の面に形成された第2導体層(22)は、前記複数の線路の前記一端側から前記他端側にかけて徐々に前記複数の線路に近づいていることを特徴とする。   In the impedance converter according to the present invention, the plurality of lines (23) and the first conductor layer (21) formed on one surface of the substrate (20) and the other surface of the substrate The second conductor layer (22) is characterized by gradually approaching the plurality of lines from the one end side to the other end side of the plurality of lines.

本発明に係るインピーダンス変換器においては、さらに、前記基板の一の面に形成され、前記第1導体層および前記第2導体層から電気的に絶縁された複数のパッド(15、17)と、前記複数の線路の端部と前記複数のパッドとをそれぞれ電気的に接続する複数のビア(14、16)とを備えるようにしてもよい。   In the impedance converter according to the present invention, a plurality of pads (15, 17) formed on one surface of the substrate and electrically isolated from the first conductor layer and the second conductor layer, A plurality of vias (14, 16) may be provided to electrically connect the ends of the plurality of lines and the plurality of pads, respectively.

本発明に係るインピーダンス変換器においては、前記基板(10、20)は、ベンゾシクロブテンを含む誘電体から構成してもよい。   In the impedance converter according to the present invention, the substrate (10, 20) may be made of a dielectric containing benzocyclobutene.

本発明によれば、ストリップ状の線路(13、23)と導体層(11、12、21、22)との距離を線路の一端側から他端側にかけて徐々に変化させることによってストリップ線路の両端での特性インピーダンスを異ならせるので、線路の幅や線路間のギャップを維持したまま特性インピーダンスを連続的に変換させることができる。したがって、パッド間隔の微細化および配線密度の向上と、配線間のクロストークノイズの低減とを両立する、いわゆる高密度実装に適用可能なインピーダンス変換器を提供することができる。   According to the present invention, the distance between the strip-like line (13, 23) and the conductor layer (11, 12, 21, 22) is gradually changed from one end side to the other end side of the line to both ends of the strip line. Since the characteristic impedances of the two circuits are made different, the characteristic impedances can be converted continuously while maintaining the width of the lines and the gaps between the lines. Therefore, it is possible to provide an impedance converter applicable to so-called high density mounting, which achieves both miniaturization of pad spacing and improvement of wiring density and reduction of crosstalk noise between wirings.

図1Aは、本発明の第1の実施の形態に係るインピーダンス変換器の構成を説明する側面図である。FIG. 1A is a side view illustrating the configuration of the impedance converter according to the first embodiment of the present invention. 図1Bは、第1の実施の形態に係るインピーダンス変換器の構成を説明する平面図である。FIG. 1B is a plan view illustrating the configuration of the impedance converter according to the first embodiment. 図2Aは、図1Bに示すインピーダンス変換器のa−a’における断面を示す図である。FIG. 2A is a view showing a cross section a-a ′ of the impedance converter shown in FIG. 1B. 図2Bは、図1Bに示すインピーダンス変換器のb−b’における断面を示す図である。FIG. 2B is a view showing a cross section along b-b 'of the impedance converter shown in FIG. 1B. 図2Cは、図1Bに示すインピーダンス変換器のc−c’における断面を示す図である。FIG. 2C is a view showing a cross section at c-c 'of the impedance converter shown in FIG. 1B. 図3は、シミュレーションの条件を説明する図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the conditions of the simulation. 図4は、第1の実施の形態に係るインピーダンス変換器と従来のテーパー線路を用いたインピーダンス変換器の出力側の特性インピーダンスのシミュレーション結果を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing simulation results of characteristic impedance on the output side of the impedance converter according to the first embodiment and the impedance converter using the conventional tapered line. 図5は、第1の実施の形態に係るインピーダンス変換器の特性インピーダンスと、線路と線路に最も近いグランド層との距離との関係を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the characteristic impedance of the impedance converter according to the first embodiment and the distance between the line and the ground layer closest to the line. 図6Aは、従来の構成のストリップ線路の電磁界シミュレータによるモデルを示す図である。FIG. 6A is a diagram showing an electromagnetic field simulator model of a strip line of a conventional configuration. 図6Bは、従来の構成のストリップ線路の電磁界シミュレータによるモデルを示す図である。FIG. 6B is a diagram showing a model of a strip line by the electromagnetic field simulator of the conventional configuration. 図7Aは、本実施の形態に係るストリップ線路の電磁界シミュレータによるモデルを示す図である。FIG. 7A is a view showing a model of the strip line according to the present embodiment by the electromagnetic field simulator. 図7Bは、本実施の形態に係るストリップ線路の電磁界シミュレータによるモデルを示す図である。FIG. 7B is a view showing a model of the strip line according to the present embodiment by the electromagnetic field simulator. 図8は、モデルを用いたバックワード・クロストークに関するシミュレーション結果を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing simulation results on backward crosstalk using a model. 図9は、モデルを用いたフォワード・クロストークに関するシミュレーション結果を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing simulation results on forward crosstalk using a model. 図10Aは、本発明の第2の実施の形態に係るインピーダンス変換器の構成を説明する側面図である。FIG. 10A is a side view illustrating the configuration of the impedance converter according to the second embodiment of the present invention. 図10Bは、第2の実施の形態に係るインピーダンス変換器の構成を説明する平面図である。FIG. 10B is a plan view illustrating the configuration of the impedance converter according to the second embodiment. 図11Aは、図10Bに示すインピーダンス変換器のa−a’における断面を示す図である。11A is a view showing a cross section a-a 'of the impedance converter shown in FIG. 10B. 図11Bは、図10Bに示すインピーダンス変換器のb−b’における断面を示す図である。FIG. 11B is a diagram showing a cross section along b-b ′ of the impedance converter shown in FIG. 10B. 図11Cは、図10Bに示すインピーダンス変換器のc−c’における断面を示す図である。11C is a view showing a cross section taken along c-c 'of the impedance converter shown in FIG. 10B. 図12は、シミュレーションの条件を説明する図である。FIG. 12 is a diagram for explaining the conditions of the simulation. 図13は、第2の実施の形態に係るインピーダンス変換器と従来のテーパー線路を用いたインピーダンス変換器の出力側の特性インピーダンスのシミュレーション結果を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing simulation results of the characteristic impedance on the output side of the impedance converter according to the second embodiment and the impedance converter using the conventional tapered line. 図14は、第2の実施の形態に係るインピーダンス変換器の特性インピーダンスと、線路とグランド層との距離との関係を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing the relationship between the characteristic impedance of the impedance converter according to the second embodiment and the distance between the line and the ground layer. 本実施の形態に係るストリップ線路の電磁界シミュレータによるモデルを示す図である。It is a figure which shows the model by the electromagnetic field simulator of the strip line which concerns on this Embodiment. 図15Bは、本実施の形態に係るストリップ線路の電磁界シミュレータによるモデルを示す図である。FIG. 15B is a view showing a model of the strip line according to the present embodiment by the electromagnetic field simulator. 図16は、モデルを用いたバックワード・クロストークに関するシミュレーション結果を示す図である。FIG. 16 is a diagram showing simulation results on backward crosstalk using a model. 図17は、モデルを用いたフォワード・クロストークに関するシミュレーション結果を示す図である。FIG. 17 is a diagram showing simulation results on forward crosstalk using a model. 図18は、従来のテーパー線路を用いたインピーダンス変換器の構成を説明する概念図である。FIG. 18 is a conceptual diagram for explaining the configuration of a conventional impedance converter using a tapered line. 図19Aは、従来のテーパー線路を用いたインピーダンス変換器の構成を説明する概念図である。FIG. 19A is a conceptual diagram illustrating the configuration of a conventional impedance converter using a tapered line. 図19Bは、従来のテーパー線路を用いたインピーダンス変換器の構成を説明する概念図である。FIG. 19B is a conceptual diagram illustrating the configuration of a conventional impedance converter using a tapered line. 図20は、従来のテーパー線路を用いたインピーダンス変換器の構成を説明する概念図である。FIG. 20 is a conceptual diagram for explaining the configuration of a conventional impedance converter using a tapered line. 図21は、従来のテーパー線路を用いたインピーダンス変換器の構成を説明する概念図である。FIG. 21 is a conceptual diagram for explaining the configuration of a conventional impedance converter using a tapered line.

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

[第1の実施の形態]
本発明の第1の実施の形態に係るインピーダンス変換器1の構成を図1A乃至図2Cに示す。ここで図1Aおよび図1Bは、それぞれインピーダンス変換器1の構成を説明する側面図および平面図、図2A乃至図2Cは、それぞれ図1Bに示すa−a’線、b−b’線、c−c’線の位置で基板10に垂直な面の断面図である。ここで図1Bは、見やすくするために、導体層12を取り除いた状態を示している。
First Embodiment
The configuration of the impedance converter 1 according to the first embodiment of the present invention is shown in FIGS. 1A to 2C. Here, FIGS. 1A and 1B are a side view and a plan view for explaining the configuration of the impedance converter 1, respectively, and FIGS. 2A to 2C are aa 'line, bb' line and c shown in FIG. 1B, respectively. It is sectional drawing of a surface perpendicular | vertical to the board | substrate 10 in the position of-c 'line. Here, FIG. 1B shows a state in which the conductor layer 12 is removed for the sake of clarity.

これらの図に示すように、第1の実施の形態に係るインピーダンス変換器1は、誘電体からなる基板10と、この基板10の下面に形成された第1導体層11と基板10の上面に形成された第2導体層12(以下、第1導体層11および第2導体層12をあわせて「グランド層11、12」ということがある。)と、基板10の内部に二つのグランド層11、12から離間して、それぞれストリップ状に形成された、導体からなる3本の線路13(13−1、13−2、13−3)とを備えた、ストリップ線路の構造を有する。基板10は、ベンゾシクロブテンなどの誘電体からなる。   As shown in these figures, the impedance converter 1 according to the first embodiment includes a substrate 10 made of a dielectric, a first conductor layer 11 formed on the lower surface of the substrate 10, and the upper surface of the substrate 10. The formed second conductor layer 12 (hereinafter, the first conductor layer 11 and the second conductor layer 12 may be collectively referred to as “ground layers 11 and 12”) and the two ground layers 11 in the substrate 10 , 12 and has a strip line structure provided with three conductor lines 13 (13-1, 13-2, 13-3) formed in the form of a strip, respectively. The substrate 10 is made of a dielectric such as benzocyclobutene.

また、基板10の上面には、複数のパッド15(15−1、15−2、15−3)、17(17−1、17−2、17−3))が形成されている。これらのパッド15、17は、グランド層12から電気的に絶縁される一方、基板10内に設けられたビア14(14−1、14−2,14−3)、16(16−1、16−2、16−3)を介して、線路13(13−1、13−2、13−3)の端部と電気的に接続されている。   Further, a plurality of pads 15 (15-1, 15-2, 15-3), 17 (17-1, 17-2, 17-3)) are formed on the upper surface of the substrate 10. These pads 15, 17 are electrically isolated from the ground layer 12, while the vias 14 (14-1, 14-2, 14-3), 16 (16-1, 16) provided in the substrate 10. It is electrically connected with the end of the line 13 (13-1, 13-2, 13-3) through the points -2, 16-3).

本実施の形態に係るインピーダンス変換器1において、線路13−1、13−2、13−3の線路幅はWで一定であるが、それぞれ一端側から他端側にかけて、基板10の下面に形成されたグランド層11と上面に形成されたグランド層12のいずれか一方に向かって徐々に近づいている。   In the impedance converter 1 according to the present embodiment, the line widths of the lines 13-1, 13-2, and 13-3 are constant at W, but are formed on the lower surface of the substrate 10 from one end side to the other end side. It gradually approaches one of the ground layer 11 and the ground layer 12 formed on the upper surface.

線路13−1、13−3は、例えば、図1A、図1Bにおいて紙面に向かって左側を入力側、右側を出力側とするならば、その入力側から出力側にかけて、基板10の上面に形成されたグランド層12に徐々に近づいており、その入力側におけるグランド層11、12からの距離はそれぞれh1である(図2A参照。)のに対し、出力側におけるグランド層12からの距離はh3(<h3)とされている(図2C参照。)。また、線路13−2は、その入力側から出力側にかけて、基板10の下面に形成されたグランド層11に徐々に近づいており、その入力側におけるグランド層11、12からの距離は、他の線路13−1、13−3と同様に、それぞれh1であるのに対し(図2A参照。)、出力側におけるグランド層11からの距離がh3とされている(図2C参照。)。   The lines 13-1 and 13-3 are formed on the upper surface of the substrate 10 from the input side to the output side, for example, if the left side is the input side and the right side is the output side in FIG. 1A and FIG. While the distance from the ground layers 11 and 12 at the input side is h1 (see FIG. 2A), while the distance from the ground layer 12 at the output side is h3. (<H3) (see FIG. 2C). The line 13-2 gradually approaches the ground layer 11 formed on the lower surface of the substrate 10 from the input side to the output side, and the distance from the ground layers 11 and 12 at the input side is the other Similar to the lines 13-1 and 13-3, the distance is h1 (see FIG. 2A), while the distance from the ground layer 11 on the output side is h3 (see FIG. 2C).

ここで本実施の形態に係るインピーダンス変換器1の特性インピーダンスについて考察するために、平行板コンデンサーを考える。極板の一辺の長さに比べて極板同士の間隔が極めて小さい平行板コンデンサーでは、極板間の電場(電界)が一様とみなせる。このときのストリップ線路の並列静電容量Cは、極板の面積Sに比例し、極板同士の間隔dに反比例し、次の式で表される(ただし、εは誘電率。)。   Here, in order to consider the characteristic impedance of the impedance converter 1 according to the present embodiment, a parallel plate capacitor is considered. In a parallel plate capacitor in which the distance between the plates is extremely small compared to the length of one side of the plates, the electric field (electric field) between the plates can be regarded as uniform. The parallel capacitance C of the strip line at this time is proportional to the area S of the plates, inversely proportional to the distance d between the plates, and is expressed by the following equation (where ε is the dielectric constant).

式1より、線路とグランド層との間の距離(d)が小さくなると、並列静電容量(C)大きくなることがわかる。   From Equation 1, it is understood that the parallel capacitance (C) increases as the distance (d) between the line and the ground layer decreases.

また、線路の特性インピーダンス(Z0)は、次の式2で表される。ただし、式2において、R,L,G,Cは、それぞれ、線路の単位長あたりの直列抵抗(Ω)、直列インダクタンス(H)、並列コンダクタンス(S)、並列静電容量(F)である。   Further, the characteristic impedance (Z0) of the line is expressed by the following equation 2. However, in Equation 2, R, L, G and C are respectively series resistance (Ω), series inductance (H), parallel conductance (S) and parallel capacitance (F) per unit length of the line. .

式1及び式2より、線路とグランド間距離が小さくなると特性インピーダンスは小さくなるので、上述したような入力側から出力側にかけて線路13とグランド層11およびグランド層12のいずれかに近づく構成を有するストリップ線路は、入力側で特性インピーダンスが大きく、出力側で特性インピーダンスが小さくなるようなインピーダンス変換器となる。   According to Equations 1 and 2, since the characteristic impedance decreases as the distance between the line and the ground decreases, it has a configuration that approaches any of the line 13, the ground layer 11, and the ground layer 12 from the input side to the output side as described above. The strip line is an impedance converter in which the characteristic impedance is large at the input side and the characteristic impedance is small at the output side.

本実施の形態に係るインピーダンス変換器は、次のような工程によって製造することができる。   The impedance converter according to the present embodiment can be manufactured by the following process.

まず、基板上にベンゾシクロブテンやポリイミドなどの誘電体を堆積し、誘電体層を形成する。その厚さ(高さ)は、線路13と下側のグランド層11との距離h3(図2C参照。)とする。次にこの誘電体層上に、Au等の導体からなるパターンを所定の厚さで形成した後、この導体パターンの周りに、この導体パターンと同じ高さとなるように誘電体層を堆積する。この導体パターンは線路13の一部となる。   First, a dielectric such as benzocyclobutene or polyimide is deposited on a substrate to form a dielectric layer. The thickness (height) is the distance h3 (see FIG. 2C) between the line 13 and the lower ground layer 11. Next, a pattern made of a conductor such as Au is formed to a predetermined thickness on the dielectric layer, and a dielectric layer is deposited around the conductor pattern so as to have the same height as the conductor pattern. This conductor pattern is a part of the line 13.

続いて、この導体パターンと誘電体層の上に、先に形成した導体パターンと接触する新たな導体パターンを、平面視で先に形成した導体パターンよりも線路が延在する方向にずれた位置に形成し、さらにこの導体パターンと同じ高さとなるように誘電体層を堆積する。このとき、線路となる導体パターンとともに、ビアとなる導体パターンも合わせて形成してもよい。このように導体パターンと誘電体層の形成を繰り返し、導体パターンからなる所望の形状の線路を含む誘電体の積層物を得る。このような誘電体の積層物が得られたら、この堆積物を基板から分離して、その両面にグランド層およびパッドを形成する。このようにして本実施の形態に係るインピーダンス変換器を得ることができる。   Subsequently, on the conductor pattern and the dielectric layer, a new conductor pattern in contact with the previously formed conductor pattern is shifted in the line extending direction from the previously formed conductor pattern in plan view. And deposit a dielectric layer to the same height as the conductor pattern. At this time, a conductor pattern to be a via may be formed together with a conductor pattern to be a line. Thus, the formation of the conductor pattern and the dielectric layer is repeated to obtain a dielectric laminate including a line of a desired shape made of the conductor pattern. Once such a dielectric stack is obtained, the deposit is separated from the substrate to form ground layers and pads on both sides. Thus, the impedance converter according to the present embodiment can be obtained.

次に、線路13とグランド層11、12との距離とインピーダンスとの関係に関するシミュレーションについて説明する。このシミュレーションでは、グランド層11、グランド層12および線路13にAuメタルを用い、基板10にベンゾシクロブテン(BCB)基板(εr=2.7)を用いることを前提とし、線路長は300μmとして、本実施の形態に係るインピーダンス変換器の出力側の特性インピーダンスと従来のテーパー線路を用いたインピーダンス変換器の出力側の特性インピーダンスとを比較した。   Next, a simulation regarding the relationship between the distance between the line 13 and the ground layers 11 and 12 and the impedance will be described. In this simulation, it is assumed that Au metal is used for the ground layer 11, the ground layer 12, and the line 13, and a benzocyclobutene (BCB) substrate (εr = 2.7) is used for the substrate 10, and the line length is 300 μm. The characteristic impedance on the output side of the impedance converter according to the present embodiment was compared with the characteristic impedance on the output side of the impedance converter using the conventional tapered line.

ただし、どちらのインピーダンス変換器についても、その入力側の線路幅を4μmに、線路間ギャップ(G)を4μmに固定した。したがって、本実施の形態に係るインピーダンス変換器の線路幅は、入力側および出力側どちらも4μmに固定したのに対し、従来のテーパー線路を用いたインピーダンス変換器は、出力側の線路幅Wをパラメータとして、4μmから8μmまで変化させた。
なお、このシミュレーションでは、図3に示すように、本実施の形態に係るインピーダンス変換器の線路とこの線路に近い方のグランド層との距離hをパラメータとしている。従来のテーパー線路を用いたインピーダンス変換器では、線路とグランド層との間の距離は上下共に7μmに固定した。
However, for both impedance converters, the line width on the input side was fixed at 4 μm and the inter-line gap (G) was fixed at 4 μm. Therefore, while the line width of the impedance converter according to the present embodiment is fixed at 4 μm on both the input side and the output side, the impedance converter using the conventional tapered line has the line width W of the output side. As a parameter, it was changed from 4 μm to 8 μm.
In this simulation, as shown in FIG. 3, the distance h between the line of the impedance converter according to the present embodiment and the ground layer closer to this line is used as a parameter. In the conventional impedance converter using a tapered line, the distance between the line and the ground layer is fixed at 7 μm both above and below.

図4は、上記の条件の下で計算した、線路幅(W)と本実施の形態に係るインピーダンス変換器の出力側の特性インピーダンス(A)および従来のテーパー線路を用いたインピーダンス変換器の出力側の特性インピーダンス(B)との関係を示すグラフである。図4では、線路幅(W)と実質的な線路間距離W+Gを効果の指標として縦軸に用いている。   FIG. 4 shows the line width (W) and the characteristic impedance (A) on the output side of the impedance converter according to the present embodiment, calculated under the above conditions, and the output of the impedance converter using the conventional tapered line. It is a graph which shows the relationship with the characteristic impedance (B) of the side. In FIG. 4, the line width (W) and the substantial inter-line distance W + G are used on the vertical axis as an index of the effect.

図4において、「A」で示す線が本実施の形態に係るインピーダンス変換器の出力側の特性インピーダンスの変化を表す。これから、本実施の形態に係るインピーダンス変換器の場合は、線路幅や線路間距離を変えることなく、出力側の特性インピーダンスを変えることができることがわかる。なお、本実施の形態に係るインピーダンス変換器において、線路13とこの線路13に近い方のグランド層11,12との間の距離hは、特性インピーダンスの値が60Ωの時、h=7μmであり、特性インピーダンスの値が35Ωの時にはh=1μmである。   In FIG. 4, the line indicated by “A” represents the change in the characteristic impedance on the output side of the impedance converter according to the present embodiment. From this, it can be seen that, in the case of the impedance converter according to the present embodiment, the characteristic impedance on the output side can be changed without changing the line width or the distance between the lines. In the impedance converter according to the present embodiment, the distance h between the line 13 and the ground layers 11 and 12 closer to the line 13 is h = 7 μm when the value of the characteristic impedance is 60 Ω. When the characteristic impedance value is 35 Ω, h = 1 μm.

これに対し、図4において「B」で示す線が従来のテーパー線路を用いたインピーダンス変換器の出力側の特性インピーダンスの変化を表している。線路幅を4μmから12μmまで(線路間距離に換算すると、W+Gを8μmから16μmまで)大きくしていくと、出力側の特性インピーダンスは、60Ωから37Ωまで小さくなる。   On the other hand, the line indicated by “B” in FIG. 4 represents the change in the characteristic impedance on the output side of the impedance converter using the conventional tapered line. As the line width is increased from 4 μm to 12 μm (in terms of the distance between the lines, W + G is increased from 8 μm to 16 μm), the characteristic impedance on the output side decreases from 60 Ω to 37 Ω.

図5に、本実施の形態に係るインピーダンス変換器の特性インピーダンスと、線路13とその線路13に近い方のグランド層11、12との距離hとの関係を示す。図5より、距離hの値が7から1まで変化すると、出力側の特性インピーダンスは61Ωから35Ωまで変化することがわかる。ここで、距離hの値に対して、特性インピーダンスがリニアに比例していないのは、線路の特性インピーダンスにおいて、線路とグランド層との間の距離hの影響よりも隣の線路との間の距離(線路間隔)kの影響の方が大きくなるためと考えられる(この例では距離h=4〜6μmの時)。線路間隔kをグランド層との間の距離hよりも常に大きく設定すれば、特性インピーダンス値はhの値に比例する。   FIG. 5 shows the relationship between the characteristic impedance of the impedance converter according to the present embodiment and the distance h between the line 13 and the ground layer 11 or 12 closer to the line 13. It can be seen from FIG. 5 that when the value of the distance h changes from 7 to 1, the characteristic impedance on the output side changes from 61Ω to 35Ω. Here, the reason that the characteristic impedance is not linearly proportional to the value of the distance h is that the characteristic impedance of the line is greater than the influence of the distance h between the line and the ground layer between the adjacent line. It is considered that the influence of the distance (line interval) k is larger (in this example, when the distance h = 4 to 6 μm). If the line spacing k is always set larger than the distance h to the ground layer, the characteristic impedance value is proportional to the value of h.

次に、従来のテーパー線路を用いたインピーダンス変換器と本実施の形態に係るインピーダンス変換器とについて、クロストーク量を比較する。図6A乃至図7Bは、電磁界シミュレータ Sonnet-EMによるストリップラインのモデルである。図6Aおよび図6Bは、従来のインピーダンス変換器のモデル、図7Aおよび図7Bは、本実施の形態に係るインピーダンス変換器のモデルである。   Next, the amount of crosstalk is compared between the conventional impedance converter using a tapered line and the impedance converter according to the present embodiment. FIGS. 6A to 7B are models of striplines by the electromagnetic field simulator Sonnet-EM. FIGS. 6A and 6B are models of a conventional impedance converter, and FIGS. 7A and 7B are models of an impedance converter according to the present embodiment.

このシミュレーションでは、クロストーク量を比較するため、線路間ギャップGを4μmに固定し、線路厚も2μmに固定、特性インピーダンスを50Ωにそろえた。
図6Aおよび図6Bが従来のテーパー線路を用いたインピーダンス変換器のモデルの例であり、線路幅W=6.5μm,線路−グランド層間距離h=7μmとした。
また、図7Aおよび図7Bが、本実施の形態に係るインピーダンス変換器のモデルの例であり、線路幅W=4μm,線路−グランド層間距離h=2.2μmとした。
なお、シミュレーションは、計算簡略化の為、インピーダンス変換器の出力側を、線路数は2本にして実施している。
In this simulation, in order to compare the amount of crosstalk, the inter-line gap G was fixed at 4 μm, the line thickness was also fixed at 2 μm, and the characteristic impedance was made equal to 50 Ω.
FIGS. 6A and 6B show examples of conventional impedance converter models using tapered lines, where the line width W = 6.5 μm and the line-ground distance h = 7 μm.
7A and 7B show examples of the model of the impedance converter according to the present embodiment, where the line width W = 4 μm and the line-ground interlayer distance h = 2.2 μm.
In the simulation, the number of lines in the output side of the impedance converter is two in order to simplify the calculation.

線路の入力端および出力端に対して、図6Bおよび図7Bに示すようにPort番号を設定し、Sパラメータの結果を調べることで、クロストーク量を直接評価できる。
図8および図9は、それぞれバックワード(近端)クロストークおよびフォワード(遠端)クロストークを表す。より詳細には、図8は、Port1に信号を与えたときにPort3に現れる電圧との比率(S31)を表し、また、図9は、Port1とPort4の電圧比(S41)を表す。両者ともに、差異を分かりやすくするため、デシベル表示にしている。なお、図8および図9において、「A」で示す線が従来のインピーダンス変換器のクロストークを、「B」で示す線が本実施の形態に係るインピーダンス変換器のクロストークを表す。
By setting Port numbers as shown in FIG. 6B and FIG. 7B for the input and output ends of the line and examining the results of the S parameters, it is possible to directly evaluate the crosstalk amount.
8 and 9 represent backward (near end) crosstalk and forward (far end) crosstalk, respectively. More specifically, FIG. 8 shows a ratio (S31) to a voltage appearing at Port 3 when a signal is given to Port 1, and FIG. 9 shows a voltage ratio (S41) between Port 1 and Port 4. Both are displayed in decibels in order to clarify the difference. In FIGS. 8 and 9, the line indicated by “A” represents the crosstalk of the conventional impedance converter, and the line indicated by “B” represents the crosstalk of the impedance converter according to the present embodiment.

図8より、本実施の形態に係るインピーダンス変換器によるバックワードクロストーク(「B」)は、従来のもの(「A」)より0GHz〜100GHzの広範囲において10dB程度小さいことがわかる。また、図9より、フォワードクロストークについても、25GHz〜100GHzの広範囲において、本実施の形態に係るインピーダンス変換器(「B」)の方が0〜10dB程度小さいことがわかる。   It is understood from FIG. 8 that backward crosstalk (“B”) by the impedance converter according to the present embodiment is smaller by about 10 dB in a wide range of 0 GHz to 100 GHz than that of the conventional one (“A”). Further, FIG. 9 also shows that the impedance converter (“B”) according to the present embodiment is smaller by about 0 to 10 dB in a wide range of 25 GHz to 100 GHz as to forward crosstalk.

以上のように、本実施の形態に係るインピーダンス変換器によれば、線路13とグランド層11、12との距離を入力側から出力側にかけて徐々に変化させることによって、インピーダンスの急激な変化による高周波帯での伝送特性の劣化を防ぎつつ、線路13とグランド層11、12との距離が入力側と出力側とで異ならせることによって、ストリップ線路の入力側の特性インピーダンスZiと出力側の特性インピーダンスZ0とが互いに異なるインピーダンス変換器を構成することができる。   As described above, according to the impedance converter according to the present embodiment, the distance between the line 13 and the ground layers 11 and 12 is gradually changed from the input side to the output side, whereby the high frequency due to the rapid change in impedance Characteristic impedance Zi at the input side of the strip line and the characteristic impedance at the output side by making the distance between the line 13 and the ground layers 11 and 12 different between the input side and the output side while preventing deterioration of the transmission characteristics in the band. It is possible to configure an impedance converter different from Z0.

したがって、線路13の線路幅や線路間ギャップGを変化させなくても、線路13を上下のグランド層11、12に近づけることにより、また線路13とグランド層11またはグランド層12との間の距離を調整することにより、所望の特性インピーダンス値が設定可能でかつ、線路の入力側と出力側の特性インピーダンスが異なるインピーダンス変換器を形成することができる。   Therefore, even if the line width of the line 13 and the gap G between the lines are not changed, the distance between the line 13 and the ground layer 11 or the ground layer 12 can be reduced by bringing the line 13 closer to the upper and lower ground layers 11 and 12 By adjusting, it is possible to form an impedance converter in which a desired characteristic impedance value can be set and the characteristic impedances on the input side and the output side of the line are different.

また、線路13をテーパー状にして線路幅を変化させる必要がないので、従来のように、線路の線路幅が大きくなることに伴うパッド15(15−1、15−2、15−3)、17(17−1、17−2、17−3)同士の間隔の拡大や、線路間のクロストークノイズの増大を避けることができる。   Further, since it is not necessary to make the line 13 tapered to change the line width, the pads 15 (15-1, 15-2, 15-3) accompanying the increase of the line width of the line as in the prior art, It is possible to avoid an increase in the distance between the two 17 (17-1, 17-2, 17-3) and an increase in crosstalk noise between the lines.

また、本実施の形態においては、3本の線路13のうち、両端の線路13−1、13−3の出力側は、基板10の下面よりも上面側により近く、中央の線路13−2の出力側は、基板10の上面よりも下面側により近くなる。すなわち、3本の線路13は、交互にそれぞれ第1グランド層11と第2導体層12のいずれかに向かって近づいており、入力側から出力側にかけて基板10の上面または下面に向かって近づく方向が互い違いとなっている。
その結果、図2A乃至図2Cに示すように、線路間ギャップGを一定にしたままでも、入力側から出力側にかけて線路間の距離(k1<k2<k3)が増大するので、線路間のクロストークを押さえることが容易になる。
Moreover, in the present embodiment, among the three lines 13, the output side of the lines 13-1 and 13-3 at both ends is closer to the upper surface side than the lower surface of the substrate 10, and the central line 13-2. The output side is closer to the lower surface side than the upper surface of the substrate 10. That is, the three lines 13 alternately approach each other to either the first ground layer 11 or the second conductor layer 12 and move toward the upper or lower surface of the substrate 10 from the input side to the output side. Are alternated.
As a result, as shown in FIGS. 2A to 2C, the distance between the lines (k1 <k2 <k3) increases from the input side to the output side even with the inter-line gap G kept constant. It becomes easy to hold the talk.

また、線路を交互にグランド層に近づける為、クロストークを低減する効果も得られる。更に、線路間隔も大きくなり、更なるクロストーク低減効果も同時に得られる。したがって、本実施の形態に係るインピーダンス変換器によれば、パッド間隔の微細化、配線密度の向上と配線間のクロストークノイズの低減とを両立する、高密度実装に適用可能なインピーダンス変換器を形成することが出来る。   Further, since the lines are alternately brought close to the ground layer, the effect of reducing crosstalk can also be obtained. Furthermore, the line spacing also increases, and a further crosstalk reduction effect can be obtained simultaneously. Therefore, according to the impedance converter according to the present embodiment, the impedance converter applicable to high density mounting, which achieves both the miniaturization of the pad interval, the improvement of the wiring density and the reduction of the crosstalk noise between the wirings It can be formed.

なお、本実施例では、インピーダンス変換器の出力側の特性インピーダンスを小さくしているが、逆に入力側の特性インピーダンスを小さくしたインピーダンス変換器を形成することもできる。
また、上記の実施の形態では、スプリット導体(伝送線路)が3本の場合を例に説明したが、本発明は、これに限るものではなく、2本、あるいは4本以上のマルチレーンであってもよいことは言うまでもない。
Although the characteristic impedance on the output side of the impedance converter is reduced in the present embodiment, it is also possible to form an impedance converter in which the characteristic impedance on the input side is reduced.
In the above embodiment, although the case of three split conductors (transmission lines) has been described as an example, the present invention is not limited to this, and two or four or more multi-lanes may be used. It goes without saying that it is also possible.

[第2の実施の形態]
次に、本発明の第2の実施の形態について、図10A乃至図17を参照して説明する。
第2の実施の形態に係るインピーダンス変換器2は、ストリップ線路によるインピーダンス変換器において、ストリップ状の線路に上下面のグランド層を徐々に近づけることにより、線路とグランド層間の距離を徐々に変える形態をとる。
図10A乃至図11Cは、第2の実施の形態に係るインピーダンス変換器2の構成を示す図であり、図10Aは、線路に平行な面の側面図、図10Bは上面から見た概略平面図、図11A、図11Bおよび図11Cは、それぞれ図10Bに示すa−a’線、b−b’線、c−c’線の位置で線路に垂直な面の断面図である。ここで図10Bは、見やすくするために、基板20の上面に形成されるグランド層22を取り除いた状態を示している。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 10A to 17.
The impedance converter 2 according to the second embodiment is an impedance converter based on a strip line, in which the distance between the line and the ground layer is gradually changed by gradually bringing the ground layers of the upper and lower surfaces closer to the strip line. Take
10A to 11C are diagrams showing the configuration of the impedance converter 2 according to the second embodiment, and FIG. 10A is a side view of a plane parallel to the line, and FIG. 10B is a schematic plan view seen from the top FIGS. 11A, 11B, and 11C are cross-sectional views of planes perpendicular to the line at positions aa ′, bb ′, and cc ′ shown in FIG. 10B, respectively. Here, FIG. 10B shows a state in which the ground layer 22 formed on the upper surface of the substrate 20 is removed for the sake of clarity.

これらの図に示すように、第2の実施の形態に係るインピーダンス変換器2は、ベンゾシクロブテン(BCB)等の誘電体からなる基板10と、この基板の両面に形成されたAu等の導電体部材からなるグランド層21、グランド層22と、基板20の中に同じく導電体部材から形成された複数の線路23(23−1、23−2、23−3)を備え、グランド層21とグランド層22とが、基板20の内部に形成された複数の線路23の一端側から他端側にかけて徐々にこれらの線路に近づいていることを特徴とする。   As shown in these figures, the impedance converter 2 according to the second embodiment includes a substrate 10 made of a dielectric such as benzocyclobutene (BCB) and a conductive material such as Au formed on both sides of the substrate. A ground layer 21 formed of a body member, a ground layer 22, and a plurality of lines 23 (23-1, 23-2, 23-3) formed similarly of a conductive member in the substrate 20 are provided. A feature is that the ground layer 22 gradually approaches these lines from one end side to the other end side of the plurality of lines 23 formed inside the substrate 20.

より具体的には、例えば、図10A、図10Bにおいて紙面に向かって左側を入力側、右側を出力側とするならば、基板20は、入力側を出力側よりも厚く形成することによって、線路23とグランド層21、22との距離は、入力側における線路23とグランド層21−1、22−1との距離h1と、出力側における線路23とグランド層21−3、22−3との距離h3とが、h1>h3となっている。また、基板20は、中間部分において出力側に向かって徐々に薄くなるように形成されて、中間部分における線路23とグランド層21−2、22−2との距離h2(h1>h2>h3)は、入力側から出力側に向かって徐々に小さくなっている(図10A、図11A乃至図11C参照。)。   More specifically, for example, in FIG. 10A and FIG. 10B, if the left side is the input side and the right side is the output side toward the paper surface, the substrate 20 is a line by forming the input side thicker than the output side. The distance between the line 23 on the input side and the distance between the line 23 on the input side and the ground layers 21-1 and 22-1 is h1, and the distance between the line 23 on the output side and the ground layers 21-3 and 22-3 is The distance h3 is h1> h3. The substrate 20 is formed to be gradually thinner toward the output side in the middle portion, and the distance h2 (h1> h2> h3) between the line 23 and the ground layers 21-2 and 22-2 in the middle portion. Is gradually decreasing from the input side to the output side (see FIGS. 10A and 11C).

上述したインピーダンス変換器2は、例えば、次のような製造工程により製造することができる。   The above-described impedance converter 2 can be manufactured, for example, by the following manufacturing process.

まず、基板上にベンゾシクロブテンやポリイミドなどの誘電体を堆積し、誘電体層を作成する。その後、ドライエッチング加工の場合においては、まず最も深く加工したい部分(図10A、図10Bの出力側の部分)をフォトリソグラフィによりパタンニングし、パタンニングしたフォトレジストをエッチングマスクとして誘電体層を狙いの深さまでエッチングする。
引き続いて、2番目に深くエッチングしたい部分(先にエッチングした領域に隣接する部分)をフォトリソグラフィによりパタンニングし、先にエッチングした領域との接続部分がステップ形状になるように、電体層を狙いの深さまでエッチングする。この工程を中間部分に所望の段差形状が得られるまで繰り返し実施する。
First, a dielectric such as benzocyclobutene or polyimide is deposited on a substrate to form a dielectric layer. After that, in the case of dry etching, first the portion to be deepest (the portion on the output side in FIGS. 10A and 10B) is patterned by photolithography, and the patterned photoresist is used as an etching mask to aim the dielectric layer. Etch to a depth of
Subsequently, the second deep etching portion (portion adjacent to the previously etched region) is patterned by photolithography so that the connection portion with the previously etched region has a step shape. Etch to the target depth. This process is repeated until the desired step shape is obtained in the middle part.

また、電体層に感光性材料を用いる場合には、フォトリソグラフィのみによる簡便な手法で段差形状作成が可能である。例えば、深さごとに異なるフォトマスクを作製し、そのマスクごとにフォトリソグラフィ時の露光量や焦点深度などの露光条件を変え、現像時においてその露光条件に応じた段差形状を得ることが可能になる。例えば、図10Bの出力側の部分では露光量は多く、入力側の部分では露光量が少なくなるように、フォトリソグラフィを実施すれば良い。
さらにこれらの段差形状を形成した後、全面を反応性イオンエッチングなどによって加工すれば、入力側から出力側にかけてより滑らかな形状をも作成することができる。
Moreover, when using a photosensitive material for a collector layer, level | step difference shape creation is possible by the simple method only by photolithography. For example, it is possible to manufacture different photomasks for different depths, change exposure conditions such as the exposure amount and depth of focus at the time of photolithography for each mask, and obtain a step shape corresponding to the exposure conditions during development. Become. For example, the photolithography may be performed so that the exposure amount is large at the output side of FIG. 10B and the exposure amount is small at the input side.
Furthermore, after forming the step shape, if the entire surface is processed by reactive ion etching or the like, a smoother shape can be created from the input side to the output side.

さらに、誘電体層がナノインプリント法などによる加工が可能である場合には、この形状を有する特殊なインプリント用パタンによって簡便に所望の表面形状を有する誘電体層を作成することができ。この方法は、第1および第2の実施の形態のいずれにも適用可能である。これによって、線路幅を維持したまま、特性インピーダンスを徐々に変換させることができる。   Furthermore, when the dielectric layer can be processed by a nanoimprinting method or the like, the dielectric layer having a desired surface shape can be easily formed by the special imprint pattern having this shape. This method is applicable to any of the first and second embodiments. Thereby, the characteristic impedance can be gradually converted while maintaining the line width.

次に、線路23とグランド層21、22との距離とインピーダンスとの関係に関するシミュレーションについて説明する。このシミュレーションにおいても、第1の実施の形態における説明と同様に、グランド層21、グランド層22および線路23にAuメタルを用い、基板20にベンゾシクロブテン(BCB)基板(εr=2.7)を用いることを前提とし、線路長は300μmとして、本実施の形態に係るインピーダンス変換器の出力側の特性インピーダンスと従来のテーパー線路を用いたインピーダンス変換器の出力側の特性インピーダンスとを比較した。   Next, a simulation regarding the relationship between the distance between the line 23 and the ground layers 21 and 22 and the impedance will be described. Also in this simulation, similarly to the description in the first embodiment, Au metal is used for the ground layer 21, the ground layer 22 and the line 23, and a benzocyclobutene (BCB) substrate (εr = 2.7) for the substrate 20. Assuming that the line length is 300 μm, the characteristic impedance on the output side of the impedance converter according to the present embodiment is compared with the characteristic impedance on the output side of the impedance converter using a conventional tapered line.

このシミュレーションにおいても、どちらのインピーダンス変換器についても、その入力側の線路幅を4μmに、線路間ギャップ(G)を4μmに固定した。したがって、本実施の形態に係るインピーダンス変換器の線路幅は、入力側および出力側どちらも4μmに固定したのに対し、従来のテーパー線路を用いたインピーダンス変換器は、出力側の線路幅Wをパラメータとして、4μmから8μmまで変化させた。
なお、このシミュレーションでは、図12に示すように、本実施の形態に係るインピーダンス変換器の線路23とグランド層21、22との距離hをパラメータとしている。従来のテーパー線路を用いたインピーダンス変換器では、線路とグランド層との間の距離は上下共に7μmに固定した。
Also in this simulation, for both impedance converters, the line width on the input side was fixed at 4 μm and the inter-line gap (G) was fixed at 4 μm. Therefore, while the line width of the impedance converter according to the present embodiment is fixed at 4 μm on both the input side and the output side, the impedance converter using the conventional tapered line has the line width W of the output side. As a parameter, it was changed from 4 μm to 8 μm.
In this simulation, as shown in FIG. 12, the distance h between the line 23 of the impedance converter according to the present embodiment and the ground layers 21 and 22 is used as a parameter. In the conventional impedance converter using a tapered line, the distance between the line and the ground layer is fixed at 7 μm both above and below.

図13は、上記の条件の下で計算した、線路幅(W)と本実施の形態に係るインピーダンス変換器の出力側の特性インピーダンス(A)および従来のテーパー線路を用いたインピーダンス変換器の出力側の特性インピーダンス(B)との関係を示すグラフである。図13でも、線路23とグランド層21、22との距離 h をパラメータとし、線路幅(W)と実質的な線路間距離(W+G)を効果の指標として縦軸に用いている。   FIG. 13 shows the line width (W) and the characteristic impedance (A) on the output side of the impedance converter according to the present embodiment, calculated under the above conditions, and the output of the impedance converter using the conventional tapered line. It is a graph which shows the relationship with the characteristic impedance (B) of the side. Also in FIG. 13, the distance h between the line 23 and the ground layers 21 and 22 is used as a parameter, and the line width (W) and the substantial interline distance (W + G) are used as the index of the effect on the vertical axis.

図13において、「A」で示す線が本実施の形態に係るインピーダンス変換器の出力側の特性インピーダンスの変化を表し、「C」で示す線が従来のテーパー線路を用いたインピーダンス変換器の出力側の特性インピーダンスの変化を表している。これから、本実施の形態に係るインピーダンス変換器の場合は、線路幅や線路間距離を変えることなく、出力側の特性インピーダンスを変えることができることがわかる。   In FIG. 13, the line indicated by “A” represents the change of the characteristic impedance on the output side of the impedance converter according to the present embodiment, and the line indicated by “C” represents the output of the impedance converter using the conventional tapered line. Represents the change in the characteristic impedance on the side. From this, it can be seen that, in the case of the impedance converter according to the present embodiment, the characteristic impedance on the output side can be changed without changing the line width or the distance between the lines.

図14に、本実施の形態に係るインピーダンス変換器の特性インピーダンスと、線路23とグランド層21、22との距離hとの関係を示す。図14より、本実施の形態に係るインピーダンス変換器において、線路23とグランド層21,22との間の距離hは、特性インピーダンスの値が60Ωの時にはh=7μmであり、特性インピーダンスの値が35Ωの時にはh=2μmであり、距離hの値が7から2まで変化すると、出力側の特性インピーダンスは60Ωから35Ωまで変化することがわかる。   FIG. 14 shows the relationship between the characteristic impedance of the impedance converter according to the present embodiment and the distance h between the line 23 and the ground layers 21 and 22. From FIG. 14, in the impedance converter according to the present embodiment, the distance h between the line 23 and the ground layers 21 and 22 is h = 7 μm when the value of the characteristic impedance is 60 Ω, and the value of the characteristic impedance is At 35Ω, h = 2 μm, and it can be seen that when the value of the distance h changes from 7 to 2, the characteristic impedance at the output side changes from 60Ω to 35Ω.

これに対し、従来のテーパー線路を用いたインピーダンス変換器の出力側の特性インピーダンスは、図13に示すように、線路幅を4μmから12μmまで(線路間距離に換算すると、W+Gを8μmから16μmまで)大きくしていくと、60Ωから37Ωまで小さくなる。   On the other hand, the characteristic impedance of the output side of the impedance converter using the conventional tapered line has a line width from 4 μm to 12 μm (when converted to interline distance, W + G from 8 μm to 16 μm, as shown in FIG. ) As it gets larger, it decreases from 60Ω to 37Ω.

次に、従来のテーパー線路を用いたインピーダンス変換器と本実施の形態に係るインピーダンス変換器とについて、クロストーク量を比較してみる。図15Aおよび図15Bは、電磁界シミュレータ Sonnet-EMによる本実施の形態に係るインピーダンス変換器のモデルである。従来のインピーダンス変換器のモデルは、図6Aおよび図6Bに示したものと同一である。   Next, the amount of crosstalk will be compared between the impedance converter using the conventional tapered line and the impedance converter according to the present embodiment. FIGS. 15A and 15B are models of the impedance converter according to the present embodiment using an electromagnetic field simulator Sonnet-EM. The model of the conventional impedance converter is identical to that shown in FIGS. 6A and 6B.

クロストーク量を比較するため、線路間ギャップGを4μmに固定し、線路厚も2μmに固定、特性インピーダンスを50Ωにそろえた。図6Aおよび図6Bに示した従来のテーパー線路を用いたインピーダンス変換器のモデルでは、線路幅W=6.5μm,線路−グランド層間距離h=7μmとした。また、図15Aおよび図15Bに示した本実施の形態に係るインピーダンス変換器のモデルでは、線路幅W=4μm,線路−グランド層間距離h=2.2μmとした。なお、シミュレーションは、計算簡略化の為、インピーダンス変換器の出力側を、線路数は2本にして実施している。   In order to compare the amount of crosstalk, the gap G between lines was fixed at 4 μm, the thickness of the line was also fixed at 2 μm, and the characteristic impedance was adjusted to 50 Ω. In the model of the impedance converter using the conventional tapered line shown in FIGS. 6A and 6B, the line width W = 6.5 μm, and the distance between the line and the ground h = 7 μm. Further, in the model of the impedance converter according to the present embodiment shown in FIGS. 15A and 15B, the line width W = 4 μm and the line-ground interlayer distance h = 2.2 μm. In the simulation, the number of lines in the output side of the impedance converter is two in order to simplify the calculation.

線路の入力端および出力端に対して、図6Bおよび図15Bにそれぞれ示すようにPort番号を設定し、Sパラメータの結果を調べることで、クロストーク量を直接評価できる。   By setting the port numbers for the input and output ends of the line as shown in FIG. 6B and FIG. 15B, and examining the results of the S parameters, it is possible to directly evaluate the crosstalk amount.

図16および図17は、それぞれバックワード(近端)クロストークおよびフォワード(遠端)クロストークを表す。より詳細には、図16は、Port1に信号を与えたときにPort3に現れる電圧との比率(S31)を表し、また、図17は、Port1とPort4の電圧比(S41)を表す。両者ともに、差異を分かりやすくするため、デシベル表示にしている。なお、図16および図17において、「A」で示す線が従来のインピーダンス変換器のクロストークを、「C」で示す線が本実施の形態に係るインピーダンス変換器のクロストークを表す。   16 and 17 represent backward (near end) crosstalk and forward (far end) crosstalk, respectively. More specifically, FIG. 16 shows the ratio (S31) to the voltage appearing at Port 3 when a signal is given to Port 1, and FIG. 17 shows the voltage ratio (S41) between Port 1 and Port 4. Both are displayed in decibels in order to clarify the difference. In FIGS. 16 and 17, the line indicated by “A” represents the crosstalk of the conventional impedance converter, and the line indicated by “C” represents the crosstalk of the impedance converter according to the present embodiment.

図16および図17より、本実施の形態に係るインピーダンス変換器によるバックワードクロストークは、従来のものより0GHz〜100GHzの広範囲において5dB程度小さいことがわかる。またフォワードクロストークについても35GHz〜100GHzの広範囲において0〜5dB程度小さいことがわかる。   From FIG. 16 and FIG. 17, it is understood that the backward crosstalk by the impedance converter according to the present embodiment is smaller by about 5 dB in a wide range of 0 GHz to 100 GHz than the conventional one. Further, it is also understood that forward crosstalk is small by about 0 to 5 dB in a wide range of 35 GHz to 100 GHz.

以上のように、本実施の形態に係るインピーダンス変換器2によれば、線路23の幅や線路間ギャップを変化させなくても、上下のグランド層21、22をストリップ線路に徐々に近づけることにより、また線路23とグランド層21との間の距離と、ストリップ線路とグランド層22との間の距離とを調整することにより、所望の特性インピーダンス値が設定可能でかつ、線路の入力側と出力側の特性インピーダンスが異なるインピーダンス変換器を形成することが出来る。また、線路をグランド層に近づける為、クロストークを低減する効果も得られる。
したがって、本実施の形態によれば、パッド間隔の微細化、配線密度の向上と配線間のクロストークノイズの低減とを両立する、高密度実装に適用可能なインピーダンス変換器を形成することができる。
As described above, according to the impedance converter 2 according to the present embodiment, the upper and lower ground layers 21 and 22 are gradually brought closer to the strip line without changing the width of the line 23 or the gap between the lines. Also, by adjusting the distance between the line 23 and the ground layer 21 and the distance between the strip line and the ground layer 22, a desired characteristic impedance value can be set, and the input side and output of the line It is possible to form impedance transformers with different characteristic impedances on the side. In addition, since the line is brought closer to the ground layer, the effect of reducing crosstalk can also be obtained.
Therefore, according to the present embodiment, it is possible to form an impedance converter applicable to high density mounting, which achieves both miniaturization of pad spacing, improvement of wiring density and reduction of crosstalk noise between wirings. .

なお、本実施例では、入力側から出力側に向かって上下のグランド層21、22をともに線路23に徐々に近づけたが、いずれか1方のグランド層のみを線路23に近づけるようにしてもよい。   In the present embodiment, both the upper and lower ground layers 21 and 22 are gradually brought close to the line 23 from the input side to the output side, but even if only one of the ground layers is brought close to the line 23 Good.

また、インピーダンス変換器の出力側の特性インピーダンスを小さくしているが、逆に入力側の特性インピーダンスを小さくしたインピーダンス変換器を形成することもできる。
また、上記の実施の形態においては、3本の信号線(伝送線路)を備えた例について説明したが、線路の数はこれに限るものではなく、2本、あるいは4本以上のマルチレーンであってもよいことは言うまでもない。
Further, although the characteristic impedance on the output side of the impedance converter is reduced, it is also possible to form an impedance converter in which the characteristic impedance on the input side is reduced.
In the above embodiment, although an example in which three signal lines (transmission lines) are provided has been described, the number of lines is not limited to this, and two or four or more multi-lanes may be used. It goes without saying that there may be.

1、2…インピーダンス変換器(ストリップ線路)、10、20…基板、11、12、21、22…グランド層、13、23…線路(ストリップ導体)、14、16…ビア、15、17…パッド。   1, 2 ... impedance converter (strip line), 10, 20 ... substrate, 11, 12, 21, 22 ... ground layer, 13, 23 ... line (strip conductor), 14, 16 ... via, 15, 17 ... pad .

Claims (6)

誘電体からなる基板と、
この基板の一の面に形成された第1導体層と前記基板の他の面に形成された第2導体層と、
前記基板の内部に前記第1導体層および前記第2導体層から離間して形成された、導体からなる複数のストリップ状の線路と
を備え、
前記複数の線路の少なくとも1つは、
その一端側とその他端側において少なくとも前記第1導体層および前記第2導体層のいずれかとの距離が互いに異なり、前記一端側から前記他端側にかけて前記第1導体層および前記第2導体層のいずれかとの距離が徐々に変化している
ことを特徴とするインピーダンス変換器。
A substrate made of dielectric,
A first conductor layer formed on one surface of the substrate and a second conductor layer formed on the other surface of the substrate;
And a plurality of strip-like lines of conductors formed inside the substrate and spaced from the first conductor layer and the second conductor layer,
At least one of the plurality of tracks is:
The distance between at least one of the first conductor layer and the second conductor layer is different between one end side and the other end side, and the first conductor layer and the second conductor layer extend from the one end side to the other end side An impedance converter characterized in that the distance to one of them gradually changes.
請求項1に記載されたインピーダンス変換器において、
前記複数の線路は、
それぞれ一端側から他端側にかけて、前記第1導体層と前記第2導体層のいずれか一方に向かって徐々に近づいている
ことを特徴とするインピーダンス変換器。
In the impedance converter according to claim 1,
The plurality of tracks are
An impedance converter characterized in that it gradually approaches one of the first conductor layer and the second conductor layer from one end side to the other end side.
請求項2に記載されたインピーダンス変換器において、
前記複数の線路は、
交互に前記第1導体層と前記第2導体層に向かって徐々に近づいている
ことを特徴とするインピーダンス変換器。
In the impedance converter according to claim 2,
The plurality of tracks are
An impedance converter characterized by alternately approaching gradually to said 1st conductor layer and said 2nd conductor layer.
請求項1に記載されたインピーダンス変換器において、
前記第1導体層および前記第2導体層は、前記複数の線路の前記一端側から前記他端側にかけて徐々に前記複数の線路に近づいている
ことを特徴とするインピーダンス変換器。
In the impedance converter according to claim 1,
An impedance converter, wherein the first conductor layer and the second conductor layer gradually approach the plurality of lines from the one end side to the other end side of the plurality of lines.
請求項1乃至4のいずれか1項に記載されたインピーダンス変換器において、さらに、
前記基板の一の面に形成され、前記第1導体層および前記第2導体層から電気的に絶縁された複数のパッドと、
前記複数の線路の端部と前記複数のパッドとをそれぞれ電気的に接続する複数のビアと
を備えることを特徴とするインピーダンス変換器。
The impedance converter according to any one of claims 1 to 4, further comprising
A plurality of pads formed on one surface of the substrate and electrically isolated from the first conductor layer and the second conductor layer;
An impedance converter comprising: a plurality of vias electrically connecting an end of the plurality of lines and the plurality of pads.
請求項1乃至5のいずれか1項に記載されたインピーダンス変換器において、
前記基板は、ベンゾシクロブテンを含む誘電体からなる
ことを特徴とするインピーダンス変換器。
The impedance converter according to any one of claims 1 to 5, wherein
The said board | substrate consists of a dielectric containing benzocyclobutene. The impedance converter characterized by the above-mentioned.
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