JP3218996B2 - ミリ波導波路 - Google Patents

ミリ波導波路

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    • H01P3/00—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type
    • H01P3/02—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type with two longitudinal conductors
    • H01P3/08—Microstrips; Strip lines
    • H01P3/081—Microstriplines
    • H01P3/084—Suspended microstriplines

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  • Micromachines (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はミリ波を用いた無線
伝送装置の導波路に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、シリコン基板を用いたミリ波導波
路としては、１９９６年ＩＥＥＥ ＭＴＴ−Ｓダイジェ
スト７９７頁から８００頁に記載されたものが知られて
いる。
【０００３】図８に従来のミリ波導波路の構造を示す。
シリコン基板８０１に二酸化珪素８０２（ＳｉＯ２）を
積層し、その上にマイクロストリップ線路８０３を形成
している。シールド構造を得るために金属を積層したキ
ャリア基板８０４と、マイクロマシン加工されたシリコ
ン基板８０５とを用いて、シリコン基板８０１を挟み込
むような構造でシールドされたマイクロストリップ線路
を形成している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このミリ波導波路にお
いては、マイクロストリップ線路を二酸化珪素で支えて
いるため、強度の課題がある。またマイクロマシンによ
る加工を２枚のシリコン基板に施し、強度を得るためか
なり厚い二酸化珪素膜を形成する必要があるために、加
工のプロセスが複雑になるという課題がある。
【０００５】本発明は、上記課題を解決するものであ
り、簡便な加工によりミリ波において低損失な導波路を
得ること目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明は、単結晶基板に異方性エッチングにより溝を
設け、溝を設けた面にグランド面として導体を積層し、
マイクロストリップ線路を形成した別の基板を張り合わ
せるように構成したものである。
【０００７】これにより、シールド構造を有する低損失
なマイクロストリップ線路によるミリ波導波路が得られ
る。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、第１の単結晶基板に異方性エッチングにより溝を設
け、溝を設けた面にグランド面として導体を積層し、第
２の単結晶基板に第１のマイクロストリップ線路導体
と、前記第１の単結晶基板と接続する面にグランド面と
して導体を積層し、前記第１の単結晶基板に設けた溝の
上に、前記第２の単結晶基板に設けた第１のマイクロス
トリップ線路が配置されるように、前記第１および第２
の単結晶基板を接続した構造を有し、前記マイクロスト
リップ線路と前記溝に設けられた導体との間が空気であ
るミリ波導波路である。このような構成とすることによ
り、シールド構造を持つミリ波の導波路として低損失で
あるという作用を有する。
【０００９】請求項２または７に記載の発明は、第１お
よび第２の単結晶基板としてどちらか一方または両方に
シリコン基板を用いたものであり、シリコン基板を用い
ることで安価にミリ波導波路が構成できるという作用を
有する。
【００１０】請求項３または８に記載の発明は、導体層
としてニッケルクロムを積層しその上に金を積層した導
体層を有するものであり、導体の積層に必要なニッケル
クロム層に電流が流れないため、低損失な導波路が構成
できるという作用を有する。
【００１１】請求項４に記載の発明は、第１の単結晶基
板に設けた溝の中央に突起を設けたものであり、マイク
ロストリップ線路の電流密度を均一にできるため、導体
損を低減するという作用を有する。
【００１２】請求項５または９に記載の発明は、第２の
単結晶基板の第１のマイクロストリップ線路導体を構成
した面に対する裏面に別の第２のマイクロストリップ線
路を設け、第１および第２のマイクロストリップ線路を
バイアホールを通じて接続し、第２のマイクロストリッ
プ線路上にマイクロバンプを用いて、半導体プロセスに
よる能動素子をフリップチップ実装するものであり、能
動素子を低損失な導波路で接続できるという作用を有す
る。
【００１３】
【００１４】請求項６記載の発明は、第１の単結晶基板
に異方性エッチングにより溝を設け、溝を設けた面にグ
ランド面として導体を積層し、第２の単結晶基板に異方
性エッチングにより、前記第１の単結晶基板の溝に勘合
するような凸部を設け、凸部の高さを溝の深さの半分と
し、前記凸部の上に第１のマイクロストリップ線路を設
け、前記凸部以外の部分にグランド面として導体を積層
し、前記第１の単結晶基板に設けた溝の上に、前記第２
の単結晶基板に設けた第１のマイクロストリップ線路が
配置されるように、前記第１および第２の単結晶基板を
接続した構造を有し、シールド構造を持った低損失なミ
リ波導波路を構成できるという作用を有する。
【００１５】請求項１０記載の発明は、第１の単結晶基
板に異方性エッチングにより溝を設け、溝を設けた面に
グランド面として導体を積層し、第２の単結晶基板に導
体を積層し、前記第１の単結晶基板と、前記第２の単結
晶基板を接続し、空間を設け、前記第２の単結晶基板の
裏面に形成したマイクロストリップ線路から、前記第２
の単結晶基板の導体の一部形成した穴を通じて前記空間
内に貫通するプローブを接続した構造を有し、ミリ波に
おいて高いＱを有する共振器を具備するミリ波導波路が
構成できるという作用を有する。
【００１６】請求項１１記載の発明は、共振器がプロー
ブの代わりに第２の単結晶基板の導体にスロット窓を設
けた構造を有し、スロット結合によりバイアホールなど
の加工の必要がないという作用を有する。
【００１７】以下、本発明の実施の形態について、図１
から図７を用いて説明する。 （実施の形態１）図１は本発明の一実施の形態によるミ
リ波導波路構造の概念図を示し、図１において１０１は
シリコン基板、１０２、１０５はニッケルクロム薄膜、
１０３、１０６は金のグランド導体、１０４はシリコン
基板、１０８はマイクロストリップ線路である。１０３
と１０６の金同士を熱圧着することで１０１と１０４の
シリコン基板を接続する。
【００１８】このような構造とすることでシールド構造
を持ったマイクロストリップ線路を実現できる。シール
ド構造とすることでミリ波帯において問題となる放射に
よる損失を低減できる。また通常シリコン基板の上には
膜の密着性から、金を直接積層することは困難であり、
抵抗体であるニッケルクロムを層間に入れる必要があ
る。通常のマイクロストリップ構造では、グランド導体
に近い方にニッケルクロムが存在し、高周波の電流が流
れるため、損失の原因となっている。しかし本発明の構
造では、ニッケルクロムの層には電流がほとんど流れな
いために、損失を低減できる。
【００１９】（実施の形態２）図２は本発明の一実施の
形態によるミリ波導波路構造の概念図を示し、図２にお
いて実施の形態１と異なるのは、シリコン基板２０１の
溝の中央に突起２０９を形成している点である。
【００２０】このような構造とすることで、マイクロス
トリップ線路２０８に流れる電流密度は、通常のマイク
ロストリップ線路では、線路の両端に電流が集中する
が、線路の中央部にも電流が流れるようにでき、電流密
度を分散させることができるため、導体損失をさらに低
減できる。
【００２１】（実施の形態３）図３は本発明の一実施の
形態によるミリ波導波路構造の概念図を示し、図３にお
いて４０１はシリコン基板、４０３、４０６は金のグラ
ンド導体、４０４はシリコン基板、４０８はマイクロス
トリップ線路である。実施の形態１と異なるのは、シリ
コン基板４０１の溝の中央にマイクロストリップ線路を
形成し、溝のないシリコン基板４０４にはグランド導体
を形成している点である。
【００２２】このような構造とすることで、空気を誘電
体としたマイクロストリップ線路が実現できるため、誘
電体損による損失を低減できる。
【００２３】（実施の形態４）図４は本発明の一実施の
形態によるミリ波導波路構造の概念図を示す。図４にお
いて実施の形態１と異なる点は、シリコン基板３０４の
両面にマイクロストリップ線路３０８、３０９を形成
し、マイクロストリップ線路３０８は、シールド構造の
低損失のマイクロストリップ線路とし、マイクロストリ
ップ線路３０８と３０９間はバイアホール３１２で接続
し、マイクロストリップ線路３０９の上にＨＥＭＴ、Ｈ
ＢＴなどのミリ波素子またはＭＭＩＣをマイクロバンプ
３１１を用いて、フリップチップ実装した構造を有する
点である。
【００２４】このような構造をとることで、複数のＭＭ
ＩＣやＦＥＴを低損失で接続することができる。
【００２５】（実施の形態５）図５は本発明の一実施の
形態によるミリ波導波路構造の概念図を示し、図５にお
いて５０１はシリコン基板、５０３、５０６は金のグラ
ンド導体、５０４はシリコン基板、５０８はマイクロス
トリップ線路である。実施の形態１と異なるのは、シリ
コン基板５０１の中央に凸部を設け、凸部はシリコン基
板５０４に設けた溝に勘合するような形状とし、凸部の
高さを溝の深さの半分程度にする。凸部の上にマイクロ
ストリップ線路５０８を形成し、凸部以外の面にグラン
ド導体５０６を形成している。シリコン基板５０１と５
０４を接合することで、空気を誘電体とするマイクロス
トリップ構造が実現できる。
【００２６】このような構造とすることにより、シール
ド効果を高めることができ、ミリ波において問題となる
放射による損失を低減できる。
【００２７】（実施の形態６）図６は本発明の一実施の
形態によるミリ波共振器構造の概念図を示し、図６にお
いて６０１、６０４はシリコン基板、６０３、６０６は
導体膜、６０９はマイクロストリップ線路、６１０はプ
ローブである。シリコン基板６０１に異方性エッチング
により底面が長方形の穴を形成し、シリコン基板６０４
で蓋をすることにより、空洞共振器が形成できる。この
空洞共振器に対して、プローブ６１０を介してマイクロ
ストリップ線路６０９と結合する。
【００２８】空洞共振器では誘電損失が存在しないた
め、低損失な共振器を有するミリ波導波路が実現でき
る。
【００２９】（実施の形態７）図７は本発明の一実施の
形態によるミリ波共振器構造の概念図を示し、図７にお
いて実施の形態６と異なるのは、共振器とマイクロスト
リップ線路との結合をスロット窓７１０を介して行って
いる点である。
【００３０】このような形状とすることにより、シリコ
ン基板７０４にプローブを挿入する加工が必要なく、簡
易な加工で形成できる共振器を有するミリ波導波路が実
現できる。
【００３１】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、ミリ波導
波路を比較的簡易な加工法で低損失化が実現でき、準平
面的な構造であるために、ＭＭＩＣ等との接続も簡易に
できるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態によるミリ波導波路構造
の概念図
【図２】本発明の一実施の形態によるミリ波導波路構造
の概念図
【図３】本発明の一実施の形態によるミリ波導波路構造
の概念図
【図４】本発明の一実施の形態によるミリ波導波路構造
の概念図
【図５】本発明の一実施の形態によるミリ波導波路構造
の概念図
【図６】本発明の一実施の形態によるミリ波共振器構造
の概念図
【図７】本発明の一実施の形態によるミリ波共振器構造
の概念図
【図８】従来のミリ波導波路構造の概念図
【符号の説明】
１０１ シリコン基板 １０２ ニッケルクロム １０３ グランド導体 １０４ シリコン基板 １０５ ニッケルクロム １０６ グランド導体 １０８ マイクロストリップ線路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−271656（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−172303（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−59875（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−238701（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−116151（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−270501（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−177608（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−152702（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−30870（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−125412（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−266901（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−219697（ＪＰ，Ａ) 特公 昭47−6970（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01P 3/08 H01L 21/3065 H01P 5/08 H05K 9/00

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１の単結晶基板に異方性エッチングに
    より溝を設け、溝を設けた面にグランド面として導体を
    積層し、第２の単結晶基板に第１のマイクロストリップ
    線路導体と、前記第１の単結晶基板と接続する面にグラ
    ンド面として導体を積層し、前記第１の単結晶基板に設
    けた溝の上に、前記第２の単結晶基板に設けた第１のマ
    イクロストリップ線路が配置されるように、前記第１お
    よび第２の単結晶基板を接続した構造を有し、前記マイ
    クロストリップ線路と前記溝に設けられた導体との間が
    空気であるミリ波導波路。
  2. 【請求項２】 第１および第２の単結晶基板としてどち
    らか一方または両方にシリコン基板を用いたことを特長
    とする請求項１記載のミリ波導波路。
  3. 【請求項３】 導体層としてニッケルクロムを積層しそ
    の上に金を積層した導体層を有する請求項１記載のミリ
    波導波路。
  4. 【請求項４】 第１の単結晶基板に設けた溝の中央に突
    起を設けたことを特長とする請求項１記載のミリ波導波
    路。
  5. 【請求項５】 第２の単結晶基板の第１のマイクロスト
    リップ線路導体を構成した面に対する裏面に別の第２の
    マイクロストリップ線路を設け、第１および第２のマイ
    クロストリップ線路をバイアホールを通じて接続し、第
    ２のマイクロストリップ線路上にマイクロバンプを用い
    て、半導体プロセスによる能動素子をフリップチップ実
    装したことを特長とする請求項１記載のミリ波導波路。
  6. 【請求項６】 第１の単結晶基板に異方性エッチングに
    より溝を設け、溝を設けた面にグランド面として導体を
    積層し、第２の単結晶基板に異方性エッチングにより、
    前記第１の単結晶基板の溝に勘合するような凸部を設
    け、凸部の高さを溝の深さの半分とし、前記凸部の上に
    第１のマイクロストリップ線路を設け、前記凸部以外の
    部分にグランド面として導体を積層し、前記第１の単結
    晶基板に設けた溝の上に、前記第２の単結晶基板に設け
    た第１のマイクロストリップ線路が配置されるように、
    前記第１および第２の単結晶基板を接続した構造を有す
    ることを特長とするミリ波導波路。
  7. 【請求項７】 第１および第２の単結晶基板としてどち
    らか一方または両方にシリコン基板を用いたことを特長
    とする請求項６記載のミリ波導波路。
  8. 【請求項８】 導体層としてニッケルクロムを積層しそ
    の上に金を積層した導体層を有する請求項６記載のミリ
    波導波路。
  9. 【請求項９】 第１の単結晶基板の溝を掘っていない面
    に第２のマイクロストリップ線路を設け第２のマイクロ
    ストリップ線路上にマイクロバンプを用いて、半導体プ
    ロセスによる能動素子をフリップチップ実装したことを
    特長とする請求項６記載のミリ波導波路。
  10. 【請求項１０】 第１の単結晶基板に異方性エッチング
    により溝を設け、溝を設けた面にグランド面として導体
    を積層し、第２の単結晶基板に導体を積層し、前記第１
    の単結晶基板と、前記第２の単結晶基板を接続し、空間
    を設け、前記第２の単結晶基板の裏面に形成したマイク
    ロストリップ線路から、前記第２の単結晶基板の導体の
    一部形成した穴を通じて前記空間内に貫通するプローブ
    を接続した構造を有する共振器を具備することを特長と
    するミリ波導波路。
  11. 【請求項１１】 プローブの代わりに第２の単結晶基板
    の導体にスロット窓を設けた共振器を有することを特長
    とする請求項１０記載のミリ波導波路。
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