JP3839414B2 - 共振素子及び集積回路装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フィルタ、レゾネータ等の共振素子及びその共振素子を用いた集積回路装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時、高周波を用いた通信技術等の普及に伴い、高周波を用いた技術において使用される素子には、低コスト化が強く要請されている。かかる低コスト化の要請に応じるべく、半導体素子の集積化が推進されている。
【０００３】
一方、高周波を用いた技術において必要不可欠な素子の一つとして、フィルタがある。更なる微細化、低コスト化を実現するためには、フィルタと半導体素子とを同一基板上に集積化することが求められている。
【０００４】
なお、共振素子と半導体素子とが同一基板上に集積化されたデバイスの例としては、例えば特許文献１、２に開示されたものが知られている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−１８３４２８号公報
【特許文献２】
特許３３１５５８０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、単にフィルタと半導体素子とを同一基板上に集積化した場合には、フィルタが半導体素子や配線の影響を受けてしまうため、所望の遮断特性や共振特性が得られにくい。しかも、遮断周波数における波長の数波長分の大きさになってしまい、微細化することが困難であった。
【０００７】
本発明の目的は、他の素子とともに同一基板上に集積化した場合であっても良好な特性が得られ、しかも微細化を実現しうる共振素子及びその共振素子を用いた集積回路装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、基板上に形成された信号線路と、前記信号線路の両側に形成された接地導体とを有し、少なくとも片側の前記接地導体に、前記信号線路側が開いた抜きパターンが形成されており、前記抜きパターンの長さは、共振周波数に基づき定められ、前記抜きパターンは、前記信号線路の延在する方向に対して交差する方向に延伸し、前記信号線路側が開いた第１の部分パターンと、前記第１の部分パターンの延伸方向に対して交差する方向に延伸し、前記第１の部分パターンと繋がっている第２の部分パターンとを有することを特徴とする共振素子により達成される。
【０００９】
また、上記目的は、半導体基板上に形成された信号線路と、前記信号線路の両側に形成された接地導体とを有し、少なくとも片側の前記接地導体に、前記信号線路側が開いた抜きパターンが形成されており、前記抜きパターンの長さは、共振周波数に基づき定められ、前記抜きパターンは、前記信号線路の延在する方向に対して交差する方向に延伸し、前記信号線路側が開いた第１の部分パターンと、前記第１の部分パターンの延伸方向に対して交差する方向に延伸し、前記第１の部分パターンと繋がっている第２の部分パターンとを有する共振素子と、前記半導体基板上に形成された半導体素子とを有することを特徴とする集積回路装置により達成される。
【００１０】
また、上記目的は、回路基板上に形成された信号線路と、前記信号線路の両側に形成された接地導体とを有し、少なくとも片側の前記接地導体に、前記信号線路側が開いた抜きパターンが形成されており、前記抜きパターンの長さは、共振周波数に基づき定められ、前記抜きパターンは、前記信号線路の延在する方向に対して交差する方向に延伸し、前記信号線路側が開いた第１の部分パターンと、前記第１の部分パターンの延伸方向に対して交差する方向に延伸し、前記第１の部分パターンと繋がっている第２の部分パターンとを有する共振素子と、前記回路基板上に実装された半導体素子とを有することを特徴とする集積回路装置により達成される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による共振素子及び集積回路装置について図１乃至図７を用いて説明する。図１は本実施形態による共振素子の構造を示す概略図、図２は本実施形態による集積回路装置の構造を示す概略図、図３は本実施形態による共振素子のフィルタ特性を示すグラフ、図４は本実施形態による共振素子のフィルタ特性のシミュレーション結果を示すグラフ、図５は接地導体に線状パターンを有する共振素子の構造を示す平面図、図６は本実施形態による共振素子のＴ字状パターンに発生する電界を示す平面図、図７は本実施形態による共振素子の製造方法を示す工程図である。
【００１２】
まず、本実施形態による共振素子の構造について図１を用いて説明する。図１（ａ）は本実施形態による共振素子の構造を示す斜視図、図１（ｂ）は本実施形態による共振素子の構造を示す平面図である。
【００１３】
なお、本実施形態では、共振素子としてフィルタを例に説明するが、本発明は、フィルタのみならずレゾネータ等の他のあらゆる共振素子に適用することができる。
【００１４】
図１（ａ）に示すように、シリコン基板１０上に、絶縁層１２が形成されている。
【００１５】
絶縁層１２上には、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、導電層よりなる線状の信号線路１８が形成されている。信号線路１８両側の絶縁層１２上には、接地導体２０が形成されている。信号線路１８と接地導体２０との間には、間隙１６ａ、１６ｂが存在している。信号線路１８と接地導体２０とは、同一の導電層１４を用いて形成されている。こうして、絶縁層１２上に、コプレーナ型の伝送線路が形成されている。信号線路１８の一端からＲＦ信号が入力され、他端からは所定の周波数成分が遮断されたＲＦ信号が出力される。
【００１６】
接地導体２０には、信号線路１８側が開いた抜きパターンであるＴ字状パターン２２ａ、２２ｂが形成されている。Ｔ字状パターン２２ａとＴ字状パターン２２ｂとは、信号線路を軸として、対称に形成されている。それぞれのＴ字状パターン２２ａ、２２ｂは、信号線路１８の延在する方向に対して交差する方向に延伸し、信号線路１８側が開いたＴ字の縦線に相当する部分パターン２３ａと、部分パターン２３ａの延伸方向に対して交差する方向に延伸し、部分パターン２３ａと繋がっているＴ字の横線に相当する部分パターン２３ｂとから構成されている。遮断周波数での波長をλとした場合、Ｔ字状パターン２３ａ、２３ｂの長さは、例えば、共におよそλ／８となっている。これらＴ字状パターン２２ａ、２２ｂは、信号線路１８との共振により、ＲＦ信号のうち所定の周波数成分を遮断し或いは透過するフィルタ特性を得るためのものである。本実施形態による共振素子は、フィルタ特性を得るためのＴ字状パターン２２ａ、２２ｂが十分に小さい。このため、遮断周波数における波長の数波長分の大きさとなっていた従来のフィルタに比して、十分に微細化することができる。
【００１７】
こうして、本実施形態による共振素子が構成されている。
【００１８】
次に、上述した本実施形態による共振素子とともに半導体素子を同一基板上に集積化してなる本実施形態による集積回路装置について図２を用いて説明する。図２（ａ）は本実施形態による集積回路装置の構造を示す断面図、図２（ｂ）は本実施形態による集積回路装置の構造を示す平面図である。図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ′線断面図である。
【００１９】
図２（ａ）に示すように、シリコン基板１０上に、能動素子である半導体素子２４が形成されている。シリコン基板１０の下面には、パッケージを接地するための電極２６が形成されている。
【００２０】
シリコン基板１０上には、絶縁層２８が形成されている。絶縁層２８には、半導体素子２４間を電気的に接続等するための配線層３０が埋め込まれている。
【００２１】
絶縁層２８上には、図２（ｂ）に示すように、信号線路１８と、Ｔ字状パターン２２ａ、２２ｂが形成された接地導体２０とから構成される本実施形態による共振素子が形成されている。
【００２２】
こうして、本実施形態による集積回路装置が構成されている。
【００２３】
図１（ｂ）及び図２（ｂ）中に示すように、共振素子のＴ字状パターン２２ａ、２２ｂのそれぞれのＴ字の縦線の長さをＬ１、Ｔ字の横線の長さをＬ２で表した場合、共振素子の遮断周波数は、パターン長の総和Ｌ１＋Ｌ２に反比例する。本実施形態では、遮断周波数は基本周波数の４分の１波長程度となっている。ＲＦ信号のうちの偶数次高調波に対しては、図１（ｂ）中に示すポイントＡは見かけ上オープンとなる。このため、信号線路１８を伝搬する偶数次高調波は、Ｔ字状パターン２２ａ、２２ｂの影響を受けることなく透過する。一方、奇数次高調波に対しては、図１（ｂ）中に示すポイントＡは見かけ上オープンとはならない。このため、信号線路１８を伝搬する奇数次高調波は、Ｔ字状パターン２２ａ、２２ｂと信号線路１８との共振により遮断される。
【００２４】
図３は、本実施形態による共振素子のフィルタ特性を示したものである。図３から分かるように、奇数次高調波は遮断され、偶数次高調波は透過している。
【００２５】
以下、本実施形態において、フィルタ特性を得るためのパターンとして、Ｔ字状パターン２２ａ、２２ｂを形成している理由について図４乃至図６を用いて説明する。図４は、本実施形態による共振素子のフィルタとしての透過特性のシミュレーション結果を示すグラフである。このシミュレーション結果は、電磁界シミュレーションにより得られたものである。
【００２６】
なお、図４のグラフでは、Ｔ字状パターンに代えて図５に示す線状パターンを形成した場合のシミュレーション結果のグラフも併せて示している。
【００２７】
図５に示す共振素子では、接地導体２０に、Ｔ字状パターン２２ａ、２２ｂに代えて、線状パターン３２ａ、３２ｂが形成されている。それぞれの線状パターン３２ａ、３２ｂの長さは、それぞれ、Ｔ字状パターン２２ａ、２２ｂのパターン長の総和Ｌ１＋Ｌ２と等しくなっている。
【００２８】
なお、図４中太線で示すグラフがＴ字状パターン２２ａ、２２ｂを形成した場合のシミュレーション結果を示し、細線で示すグラフが線パターン３２ａ、３２ｂを形成した場合のシミュレーション結果を示している。
【００２９】
シミュレーション結果から明らかなように、Ｔ字状パターン２２ａ、２２ｂを形成した場合の方が、線状パターン３２ａ、３２ｂを形成した場合に比べて、遮断周波数帯域における周波数成分をより十分に遮断することができ、良好なフィルタ特性が得られることが分かる。
【００３０】
Ｔ字状パターン２２ａ、２２ｂを用いた方が良好なフィルタ特性が得られるのは、以下のようなメカニズムによるものであると考えられる。
【００３１】
信号線路１８にＲＦ信号が入力されると、図６に示すように、遮断周波数付近では、Ｔ字状パターン２２ａ、２２ｂのエッジに沿って接地導体２０に図中矢印で示すように電流が流れる。この電流は、接地導体２０のＴ字状パターン２２ａ、２２ｂのエッジで生じている電位差によるものである。
【００３２】
そして接地導体２０のＴ字状パターン２２ａ、２２ｂのエッジに発生した電流により、Ｔ字状パターン２２ａ、２２ｂに図中矢印で示すように電界が発生する。
【００３３】
しかし、Ｔ字状パターン２２ａ、２２ｂに発生した電界は、図６に示すように、部分的に逆方向のものとなる。この結果、Ｔ字状パターン２２ａ、２２ｂに発生した電界は部分的に相殺される。このため、放射が発生し難くなり、放射損が低減される。
【００３４】
一方、線状パターン３２ａ、３２ｂの場合、Ｔ字状パターン２２ａ、２２ｂの場合のように発生する電界が部分的に相殺されることはない。このため、Ｔ字状パターン２２ａ、２２ｂの場合と比較して、放射損が大きくなっていると考えられる。
【００３５】
以上のことから、Ｔ字状パターン２２ａ、２２ｂの場合の方が、線状パターン３２ａ、３２ｂの場合よりも更に効果的に放射損を低く抑えることができ、この結果、遮断周波数帯域における周波数成分をより十分に遮断することができると考えられる。
【００３６】
本実施形態による共振素子では、Ｔ字状パターン２２ａ、２２ｂを接地導体２０に有しているため、線状パターン３２ａ、３２ｂが接地導体２０に形成された場合に比べて、遮断周波数帯域における周波数成分をより十分に遮断することができ、良好なフィルタ特性を得ることができる。
【００３７】
なお、本実施形態では、Ｔ字状パターン２２ａ、２２ｂを形成しているが、線状パターン３２ａ、３２ｂを形成してもよい。線状パターン３２ａ、３２ｂの場合にも、ある程度、良好なフィルタ特性を得ることができる。但し、上述したように、Ｔ字状パターン２２ａ、２２ｂの方が有利である。
【００３８】
本実施形態では、信号線路１８にＲＦ信号が入力されると、図２（ａ）に示すよう電界及び磁界が発生する。図２（ａ）では、電界及び磁界を、それぞれ実線及び点線で示している。図示するように、本実施形態による共振素子はコプレーナ型の伝送線路により構成されているため、電界及び磁界は、信号線路１８と接地導体２０とが形成されている層の近傍のみに分布する。このため、ＲＦ信号を信号線路１８に入力した際に生じる電界及び磁界は、絶縁層２８に埋め込まれた配線層３０や半導体素子２４の影響をほとんど受けない。したがって、本実施形態による共振素子は、絶縁層２８に埋め込まれた配線層３０や半導体素子２４の影響を受けることなく、良好なフィルタ特性を得ることができる。
【００３９】
このように、本実施形態による共振素子は、コプレーナ型の伝送線路により構成されており、しかも、接地導体２０に抜きパターンが形成されていることに主たる特徴の一つがある。
【００４０】
例えば基板下面に接地導体が形成されたマイクロストリップ型の伝送線路によりフィルタを構成した場合、基板上面の信号線路と基板下面の接地導体との間に電界及び磁界が発生する。このため、半導体素子とともにフィルタを同一基板上に集積化すると、フィルタ特性はともに集積された半導体素子の影響を大きく受けることになる。
【００４１】
これに対し、本実施形態による共振素子では、コプレーナ型の伝送線路によりフィルタが構成されている。このため、図２（ａ）に示すように、信号線路１８と接地導体２０とが形成された層の近傍に電界及び磁界が発生する。したがって、本実施形態による共振素子は、半導体素子とともに同一基板上に集積化した場合であっても、半導体素子から影響を受け難い構造となっている。
【００４２】
このため、本実施形態によれば、半導体素子とともに同一基板上にフィルタを集積化した場合であっても、良好なフィルタ特性を実現することができる。
【００４３】
また、従来のフィルタは、遮断数波数における波長の数波長分の大きさになってしまっていた。
【００４４】
これに対し、本実施形態では、コプレーナ型の伝送線路の接地導体２０に抜きパターンを形成することによりフィルタを構成するので、極めて微細なフィルタを提供することができる。そのうえ、Ｔ字状パターン２２ａ、２２ｂを接地導体２０に形成するだけでよいため、従来のフィルタと比較して、更なるサイズの微細化を図ることが可能である。
【００４５】
また、本実施形態による共振素子は、フィルタ特性を得るためのパターンがＴ字状パターン２２ａ、２２ｂであることにも主たる特徴の一つがある。
【００４６】
Ｔ字状パターン２２ａ、２２ｂは、前述の通り、ＲＦ信号の入力により発生する電界が部分的に相殺されるため、放射損を低減することができる。これにより、遮断周波数帯域での周波数成分を十分に遮断することができ、良好なフィルタ特性を得ることができる。
【００４７】
次に、本実施形態による共振素子の製造方法について図７を用いて説明する。図７（ａ）、図７（ｃ）、図７（ｅ）、図７（ｇ）、及び図７（ｉ）は本実施形態による共振素子の製造方法を示す工程断面図、図７（ｂ）、図７（ｄ）、図７（ｆ）、図７（ｈ）、及び図７（ｊ）は本実施形態による共振素子の製造方法を示す工程平面図である。なお、図７（ａ）、図７（ｃ）、図７（ｅ）、図７（ｇ）、及び図７（ｉ）は、それぞれ図７（ｂ）、図７（ｄ）、図７（ｆ）、図７（ｈ）、及び図７（ｊ）のＡ−Ａ′線断面図である。
【００４８】
まず、シリコン基板１０上に、例えばスピンコートされたポリイミドよりなる絶縁層１２を形成する（図７（ａ）、図７（ｂ）を参照）。
【００４９】
次いで、絶縁層１２上に、例えばスパッタ法により、例えばＡｕよりなる導電層１４を形成する（図７（ｃ）、図７（ｄ）を参照）。
【００５０】
次いで、導電層１４上に、例えばスピンコート法により、レジスト膜３４を形成する。続いて、露光及び現像工程によりレジスト膜３４をパターニングする。これにより、導電層１４のＴ字状パターン２２ａ、２２ｂの形成予定領域上及び信号線路１８と接地導体２０との間の間隙１６ａ、１６ｂとなる領域上のレジスト膜３４を除去する（図７（ｅ）、図７（ｆ）を参照）。
【００５１】
次いで、パターニングされたレジスト膜３４をマスクとして、導電層１４をエッチングする。こうして、導電層１４に、絶縁層１２が露出された間隙１６、１６ｂ及びＴ字状パターン２２ａ、２２ｂが形成される（図７（ｇ）、図７（ｈ）を参照）。
【００５２】
次いで、マスクとして用いたレジスト膜３４を剥離する（図７（ｉ）、図７（ｊ）を参照）。
【００５３】
こうして、本実施形態による共振素子が形成される。
【００５４】
このように、本実施形態によれば、フィルタ特性の劣化を招くことなく共振素子と半導体素子とを同一基板上に集積化することができ、また、微細でしかも良好なフィルタ特性を有する共振素子を実現することができるので、システムの微小化及び低コスト化を実現することができる。
【００５５】
（変形例）
本実施形態の変形例による共振素子について図８を用いて説明する。図８は本変形例による共振素子の構造を示す斜視図である。
【００５６】
本変形例による共振素子は、信号線路１８と接地導体２０との間に段差が存在していることに主たる特徴がある。
【００５７】
図８に示すように、基板３６にメサ状の凸部３８が形成されており、凸部３８上面に導電層よりなる信号線路１８が形成されている。凸部３８両側の基板３６上には、接地導体２０が形成されている。凸部３８上の信号線路１８両側の接地導体２０には、フィルタ特性等を得るためのＴ字状パターン２２ａ、２２ｂがそれぞれ形成されている。なお、図８では、基板３６として絶縁性基板を用いており、絶縁層１２が形成されていない場合を示している。
【００５８】
図１に示す共振素子では、信号線路１８と接地導体２０との間に段差が存在していないため、信号線路１８と接地導体２０との間の間隙１６ａ、１６ｂの幅を適宜設定することにより特性インピーダンスの値が調整される。しかし、良好なフィルタ特性を得るためには間隙１６ａ、１６ｂの幅をあまり大きくすることはできず、特性インピーダンスの値の調整には制約が存在する。
【００５９】
これに対し、本変形例による共振素子は、信号線路１８と接地導体２０との間隙の幅のみならず、凸部３８の高さを適宜設定することによっても、特性インピーダンスの値を調整することができる。したがって、本変形例によれば、共振素子の使用目的等に応じて、高い自由度で、特性インピーダンスを所望の値に設定することができる。
【００６０】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態による共振素子について図９及び図１０を用いて説明する。図９は本実施形態による共振素子の構造を示す平面図、図１０は本実施形態による共振素子のフィルタ特性を示すグラフである。なお、第１実施形態による共振素子と同様の構成要素については同一の符号を付し説明を省略し或いは簡略にする。
【００６１】
本実施形態による共振素子は、第１実施形態による共振素子において互いに対称に形成されていたＴ字状パターン２２ａ、２２ｂに代えて、互いに非対称なＴ字状パターン４０ａ、４０ｂが形成されていることに主たる特徴がある。
【００６２】
すなわち、図９に示すように、信号線路１８両側の接地導体２０に、信号線路１８を軸として、互いに非対称なサイズの異なるＴ字状パターン４０ａ、４０ｂが形成されている。
【００６３】
基本波の波長をλとし、図９に示すように、図中左側のＴ字状パターン４０ａのＴ字の縦線の長さをＬ１L、Ｔ字の横線の長さをＬ２Lとし、図９中右側のＴ字状パターン４０ｂのＴ字の縦線の長さをＬ１R、Ｔ字の横線の長さをＬ２Rとした場合、例えばＬ１L＋Ｌ２L≒１／６λ、Ｌ１R＋Ｌ２R≒１／３λとなっている。Ｔ字状パターン４０ａ、４０ｂの長さがそれぞれＬ１L＋Ｌ２L≒１／６λ、Ｌ１R＋Ｌ２R≒１／３λとなっているため、本実施形態による共振素子では、高調波のうちの３ｎ次高調波を透過するようなフィルタ特性がえられる。
【００６４】
図１０は、本実施形態による共振素子のフィルタ特性を示したものである。図１０から分かるように、本実施形態による共振素子では、高調波のうちの３ｎ次高調波が透過される。
【００６５】
このように、本実施形態によれば、接地導体２０に形成するＴ字状パターン４０ａ、４０ｂのパターン長の総和をそれぞれ適宜設定することにより、所望の高調波を透過するフィルタ特性を実現することができる。
【００６６】
なお、上記では、高調波のうちの３ｎ次高調波を透過するフィルタ特性を有する場合を例に説明したが、例えばＬ１L＋Ｌ２LをＬ１L＋Ｌ２Lの４倍の長さとすることにより、高調波のうちの５ｎ次高調波を透過するフィルタ特性を得ることもできる。このように一のＴ字状パターンのパターン長の総和を他のＴ字状パターンのパターン長の総和の整数倍とすることにより、高調波のうちの特定の高調波を透過するフィルタ特性を得ることができる。
【００６７】
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態による共振素子について図１１及び図１２を用いて説明する。図１１は本実施形態による共振素子の構造を示す平面図、図１２は本実施形態による共振素子のフィルタ特性を示すグラフである。なお、第１実施形態による共振素子と同様の構成要素については同一の符号を付し説明を省略し或いは簡略にする。
【００６８】
本実施形態による共振素子は、Ｔ字の横線と縦線との比率、大きさが異なる複数種類のＴ字状パターンが信号線路１８に沿って配列されていることに主たる特徴がある。
【００６９】
すなわち、図１１に示すように、信号線路１８両側の接地導体２０には、信号線路１８に沿って、複数組のＴ字状パターン４２ａn、４２ｂn（ｎ＝１〜１０）が配列されている。各組のＴ字状パターン４２ａn、４２ｂnは、種々のＴ字の横線と縦線との比率、大きさを有している。Ｔ字状パターン４２ａn、４２ｂnは、上記と同様に、抜きパターンである。
【００７０】
図１２は、本実施形態による共振素子のフィルタ特性を示したものである。図１２から分かるように、本実施形態による共振素子では、帯域幅の広いローパスフィルタが実現されている。
【００７１】
このように、本実施形態によれば、種々のＴ字の横線と縦線との比率、大きさを有する複数組のＴ字状パターン４２ａn、４２ｂnを配列するので、広い遮断帯域幅を有するローパスフィルタを実現することができる。
【００７２】
なお、本実施形態では、１０組のＴ字状パターンを形成する場合を例に説明したが、形成するＴ字状パターンは１０組に限定されるものではない。また、形成するＴ字状パターンのＴ字の横線と縦線との比率、大きさも適宜設定することができる。要求されるフィルタ特性等に応じて、配列するＴ字状パターンの組数、Ｔ字の横線と縦線との比率、大きさを適宜設定することにより、所望の遮断帯域幅を有するフィルタ特性を得ることができる。
【００７３】
［第４実施形態］
本発明の第４実施形態による集積回路装置について図１３を用いて説明する。図１３は本実施形態による集積回路装置の構造を示す斜視図である。なお、第１実施形態による共振素子と同様の構成要素については同一の符号を付し説明を省略し或いは簡略にする。
【００７４】
本実施形態による集積回路装置は、回路基板４６に共振素子が形成されており、同一の回路基板４６上に半導体素子４８が実装されていることに主たる特徴がある。
【００７５】
すなわち、図１３に示すように、回路基板４６に、線状の信号線路１８と、接地導体２０が形成されている。接地導体２０には、Ｔ字状パターン２２ａ、２２ｂが形成されている。こうして、回路基板４６上に共振素子であるフィルタが形成されている。共振素子が形成された領域は、図１３において点線の楕円を用いて表されている。
【００７６】
なお、回路基板４６としては、例えばＬＴＣＣ（Low Temperature Cofired Ceramics）基板等のあらゆる回路基板を用いることができる。
【００７７】
回路基板４６上には、例えばＭＭＩＣ（Microwave Monolithic Integrated Circuit）チップ等の半導体素子４８が実装されている。回路基板４６上には電極パッド５０が形成されており、電極パッド５０と半導体素子４８とは、ワイヤボンディング等により電気的に接続されている。
【００７８】
上述のように共振素子が形成され、半導体素子４８が実装された回路基板４６は、パッケージ４４に封入されている。
【００７９】
このように、微細でしかも良好なフィルタ特性を得ることができる共振素子を回路基板４６上に形成し、同一の回路基板４６上に半導体素子４８を実装してもよい。
【００８０】
なお、本実施形態では、第１実施形態による共振素子を回路基板４６上に形成する場合を例に説明したが、第２実施形態或いは第３実施形態による共振素子を回路基板４６上に形成してもよい。
【００８１】
［変形実施形態］
本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【００８２】
例えば、上記実施形態では、本発明をフィルタに適用する場合を例に説明したが、フィルタのほか、例えばレゾネータにも本発明を適用することができる。この場合も、微細化できるとともに良好な共振特性を得ることができ、また、半導体素子とともに集積化した場合にも、半導体素子から影響を受け難く、良好な共振特性を得ることができる。したがって、レゾネータと半導体素子とを同一基板上に形成する場合であっても、微細化及び低コスト化を実現することができる。
【００８３】
また、上記実施形態では、シリコン基板を用いる場合を例に説明したが、基板は、シリコン基板に限定されるものではない。シリコン基板のほか、例えば、ＧａＡｓ基板等を用いてもよい。
【００８４】
また、上記では絶縁層上に信号線路や接地導体を形成する場合を例に説明したが、絶縁性基板を用いる場合には、絶縁性基板上に信号線路や接地導体を形成してもよい。
【００８５】
また、上記実施形態では、接地導体２０にＴ字状パターンを形成する場合を例に説明したが、接地導体２０に形成するパターンは、Ｔ字状パターンに限定されるものではなく、信号線路１８側が開いた抜きパターンであればよい。例えば、図１４に示すように、Ｔ字状パターンに代えて、Ｙ字状パターン５２ａ、５２ｂを接地導体２０に形成してもよい。このようなＹ字状のパターンを用いた場合であっても、Ｔ字状パターンと同様に放射損を低減することができ、良好なフィルタ特性を得ることができる。
【００８６】
また、上記実施形態では、信号線路１８の両側の接地導体２０に抜きパターンを形成する場合を例に説明したが、必ずしも両側の接地導体２０に抜きパターンを形成する必要はない。少なくとも、信号線路１８の片側の接地導体２０に抜きパターンが形成されていればよい。
【００８７】
また、上記実施形態では、共振素子を半導体素子とともに同一基板上に集積化する場合を例に説明したが、同一基板上に集積化する素子は半導体素子に限定されるものではない。共振素子と他のあらゆる素子とを同一基板上に集積化する場合に本発明を適用することができる。
【００８８】
（付記１） 基板上に形成された信号線路と、前記信号線路の両側に形成された接地導体とを有し、少なくとも片側の前記接地導体に、前記信号線路側が開いた抜きパターンが形成されており、前記抜きパターンの長さは、共振周波数に基づき定められていることを特徴とする共振素子。
【００８９】
（付記２） 付記１記載の共振素子において、前記抜きパターンは、前記信号線路の延在する方向に対して交差する方向に延伸し、前記信号線路側が開いた第１の部分パターンと、前記第１の部分パターンの延伸方向に対して交差する方向に延伸し、前記第１の部分パターンと繋がっている第２の部分パターンとを有することを特徴とする共振素子。
【００９０】
（付記３） 付記２記載の共振素子において、前記抜きパターンは、Ｔ字状又はＹ字状の抜きパターンであることを特徴とする共振素子。
【００９１】
（付記４） 付記１乃至３のいずれかに記載の共振素子において、前記抜きパターンは、前記信号線路の両側に形成されていることを特徴とする共振素子。
【００９２】
（付記５） 付記４記載の共振素子において、前記信号線路に対して一側の一の前記抜きパターンと、前記信号線路に対して他側の他の前記抜きパターンとが、前記信号線路を軸として、対称に形成されていることを特徴とする共振素子。
【００９３】
（付記６） 付記４記載の共振素子において、前記信号線路に対して一側の一の前記抜きパターンと、前記信号線路に対して他側の他の前記抜きパターンとが、前記信号線路を軸として、非対称に形成されていることを特徴とする共振素子。
【００９４】
（付記７） 付記６記載の共振素子において、前記一の抜きパターンにおけるパターン長の総和は、前記他の抜きパターンにおけるパターン長の総和のほぼ整数倍であることを特徴とする共振素子。
【００９５】
（付記８） 付記７記載の共振素子において、前記一の抜きパターンにおけるパターン長の総和は、前記他の抜きパターンにおけるパターン長の総和のほぼ２倍であることを特徴とする共振素子。
【００９６】
（付記９） 付記１乃至８のいずれかに記載の共振素子において、前記信号線路と前記接地導体との間に段差が存在していることを特徴とする共振素子。
【００９７】
（付記１０） 付記９記載の共振素子において、前記基板には、メサ状の凸部が形成されており、前記信号線路は前記凸部上に形成され、前記接地導体は前記凸部の両側における前記基板上に形成されていることを特徴とする共振素子。
【００９８】
（付記１１） 付記１乃至１０のいずれかに記載の共振素子において、複数種の前記抜きパターンが、前記信号線路に沿って配列されていることを特徴とする共振素子。
【００９９】
（付記１２） 半導体基板上に形成された信号線路と、前記信号線路の両側に形成された接地導体とを有し、少なくとも片側の前記接地導体に、前記信号線路側が開いた抜きパターンが形成されており、前記抜きパターンの長さは、共振周波数に基づき定められている共振素子と、前記半導体基板上に形成された半導体素子とを有することを特徴とする集積回路装置。
【０１００】
（付記１３） 回路基板上に形成された信号線路と、前記信号線路の両側に形成された接地導体とを有し、少なくとも片側の前記接地導体に、前記信号線路側が開いた抜きパターンが形成されており、前記抜きパターンの長さは、共振周波数に基づき定められている共振素子と、前記回路基板上に実装された半導体素子とを有することを特徴とする集積回路装置。
【０１０１】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、基板上に形成された信号線路と、信号線路の両側に形成された接地導体とを有する伝送線路の少なくとも片側の接地導体に、信号線路側が開いた抜きパターンを形成することによりことにより共振素子が構成されているため、他の素子とともに同一基板上に集積化した場合であっても良好な特性が得られ、しかも微細化を実現することができる。
【０１０２】
また、本発明によれば、信号線路の延在する方向に対して交差する方向に延伸し、信号線路側が開いた第１の部分パターンと、第１の部分パターンの延伸方向に対して交差する方向に延伸し、第１の部分パターンと繋がっている第２の部分パターンとを有する抜きパターンが接地導体に形成されているので、更に良好な特性を得るとともに微細化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による共振素子の構造を示す概略図である。
【図２】本発明の第１実施形態による集積回路装置の構造を示す概略図である。
【図３】本発明の第１実施形態による共振素子のフィルタ特性を示すグラフである。
【図４】本発明の第１実施形態による共振素子のフィルタ特性のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図５】接地導体にストレート形状のパターンを有する共振素子の構造を示す平面図である。
【図６】本発明の第１実施形態による共振素子におけるＴ字状パターンに発生する電界を示す平面図である。
【図７】本発明の第１実施形態による共振素子の製造方法を示す工程図である。
【図８】本発明の第１実施形態の変形例による共振素子の構造を示す斜視図である。
【図９】本発明の第２実施形態による共振素子の構造を示す概略図である。
【図１０】本発明の第２実施形態による共振素子のフィルタ特性を示すグラフである。
【図１１】本発明の第３実施形態による共振素子の構造を示す概略図である。
【図１２】本発明の第３実施形態による共振素子のフィルタ特性を示すグラフである。
【図１３】本発明の第４実施形態による集積回路装置の構造を示す斜視図である。
【図１４】本発明の変形例による共振素子の構造を示す平面図である。
【符号の説明】
１０…シリコン基板
１２…絶縁層
１４…導電層
１６ａ、１６ｂ…間隙
１８…信号線路
２０…接地導体
２２ａ、２２ｂ…Ｔ字状パターン
２３ａ、２３ｂ…部分パターン
２４…半導体素子
２６…電極
２８…絶縁層
３０…配線層
３２ａ、３２ｂ…線状パターン
３４…レジスト膜
３６…基板
３８…凸部
４０ａ、４０ｂ…Ｔ字状パターン
４２ａn、４２ｂn（ｎ＝１〜１０）…Ｔ字状パターン
４４…パッケージ
４６…回路基板
４８…半導体素子
５０…電極パッド
５２ａ、５２ｂ…Ｙ字状パターン
【発明の属する技術分野】
本発明は、フィルタ、レゾネータ等の共振素子及びその共振素子を用いた集積回路装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時、高周波を用いた通信技術等の普及に伴い、高周波を用いた技術において使用される素子には、低コスト化が強く要請されている。かかる低コスト化の要請に応じるべく、半導体素子の集積化が推進されている。
【０００３】
一方、高周波を用いた技術において必要不可欠な素子の一つとして、フィルタがある。更なる微細化、低コスト化を実現するためには、フィルタと半導体素子とを同一基板上に集積化することが求められている。
【０００４】
なお、共振素子と半導体素子とが同一基板上に集積化されたデバイスの例としては、例えば特許文献１、２に開示されたものが知られている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−１８３４２８号公報
【特許文献２】
特許３３１５５８０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、単にフィルタと半導体素子とを同一基板上に集積化した場合には、フィルタが半導体素子や配線の影響を受けてしまうため、所望の遮断特性や共振特性が得られにくい。しかも、遮断周波数における波長の数波長分の大きさになってしまい、微細化することが困難であった。
【０００７】
本発明の目的は、他の素子とともに同一基板上に集積化した場合であっても良好な特性が得られ、しかも微細化を実現しうる共振素子及びその共振素子を用いた集積回路装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、基板上に形成された信号線路と、前記信号線路の両側に形成された接地導体とを有し、少なくとも片側の前記接地導体に、前記信号線路側が開いた抜きパターンが形成されており、前記抜きパターンの長さは、共振周波数に基づき定められ、前記抜きパターンは、前記信号線路の延在する方向に対して交差する方向に延伸し、前記信号線路側が開いた第１の部分パターンと、前記第１の部分パターンの延伸方向に対して交差する方向に延伸し、前記第１の部分パターンと繋がっている第２の部分パターンとを有することを特徴とする共振素子により達成される。
【０００９】
また、上記目的は、半導体基板上に形成された信号線路と、前記信号線路の両側に形成された接地導体とを有し、少なくとも片側の前記接地導体に、前記信号線路側が開いた抜きパターンが形成されており、前記抜きパターンの長さは、共振周波数に基づき定められ、前記抜きパターンは、前記信号線路の延在する方向に対して交差する方向に延伸し、前記信号線路側が開いた第１の部分パターンと、前記第１の部分パターンの延伸方向に対して交差する方向に延伸し、前記第１の部分パターンと繋がっている第２の部分パターンとを有する共振素子と、前記半導体基板上に形成された半導体素子とを有することを特徴とする集積回路装置により達成される。
【００１０】
また、上記目的は、回路基板上に形成された信号線路と、前記信号線路の両側に形成された接地導体とを有し、少なくとも片側の前記接地導体に、前記信号線路側が開いた抜きパターンが形成されており、前記抜きパターンの長さは、共振周波数に基づき定められ、前記抜きパターンは、前記信号線路の延在する方向に対して交差する方向に延伸し、前記信号線路側が開いた第１の部分パターンと、前記第１の部分パターンの延伸方向に対して交差する方向に延伸し、前記第１の部分パターンと繋がっている第２の部分パターンとを有する共振素子と、前記回路基板上に実装された半導体素子とを有することを特徴とする集積回路装置により達成される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による共振素子及び集積回路装置について図１乃至図７を用いて説明する。図１は本実施形態による共振素子の構造を示す概略図、図２は本実施形態による集積回路装置の構造を示す概略図、図３は本実施形態による共振素子のフィルタ特性を示すグラフ、図４は本実施形態による共振素子のフィルタ特性のシミュレーション結果を示すグラフ、図５は接地導体に線状パターンを有する共振素子の構造を示す平面図、図６は本実施形態による共振素子のＴ字状パターンに発生する電界を示す平面図、図７は本実施形態による共振素子の製造方法を示す工程図である。
【００１２】
まず、本実施形態による共振素子の構造について図１を用いて説明する。図１（ａ）は本実施形態による共振素子の構造を示す斜視図、図１（ｂ）は本実施形態による共振素子の構造を示す平面図である。
【００１３】
なお、本実施形態では、共振素子としてフィルタを例に説明するが、本発明は、フィルタのみならずレゾネータ等の他のあらゆる共振素子に適用することができる。
【００１４】
図１（ａ）に示すように、シリコン基板１０上に、絶縁層１２が形成されている。
【００１５】
絶縁層１２上には、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、導電層よりなる線状の信号線路１８が形成されている。信号線路１８両側の絶縁層１２上には、接地導体２０が形成されている。信号線路１８と接地導体２０との間には、間隙１６ａ、１６ｂが存在している。信号線路１８と接地導体２０とは、同一の導電層１４を用いて形成されている。こうして、絶縁層１２上に、コプレーナ型の伝送線路が形成されている。信号線路１８の一端からＲＦ信号が入力され、他端からは所定の周波数成分が遮断されたＲＦ信号が出力される。
【００１６】
接地導体２０には、信号線路１８側が開いた抜きパターンであるＴ字状パターン２２ａ、２２ｂが形成されている。Ｔ字状パターン２２ａとＴ字状パターン２２ｂとは、信号線路を軸として、対称に形成されている。それぞれのＴ字状パターン２２ａ、２２ｂは、信号線路１８の延在する方向に対して交差する方向に延伸し、信号線路１８側が開いたＴ字の縦線に相当する部分パターン２３ａと、部分パターン２３ａの延伸方向に対して交差する方向に延伸し、部分パターン２３ａと繋がっているＴ字の横線に相当する部分パターン２３ｂとから構成されている。遮断周波数での波長をλとした場合、Ｔ字状パターン２３ａ、２３ｂの長さは、例えば、共におよそλ／８となっている。これらＴ字状パターン２２ａ、２２ｂは、信号線路１８との共振により、ＲＦ信号のうち所定の周波数成分を遮断し或いは透過するフィルタ特性を得るためのものである。本実施形態による共振素子は、フィルタ特性を得るためのＴ字状パターン２２ａ、２２ｂが十分に小さい。このため、遮断周波数における波長の数波長分の大きさとなっていた従来のフィルタに比して、十分に微細化することができる。
【００１７】
こうして、本実施形態による共振素子が構成されている。
【００１８】
次に、上述した本実施形態による共振素子とともに半導体素子を同一基板上に集積化してなる本実施形態による集積回路装置について図２を用いて説明する。図２（ａ）は本実施形態による集積回路装置の構造を示す断面図、図２（ｂ）は本実施形態による集積回路装置の構造を示す平面図である。図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ′線断面図である。
【００１９】
図２（ａ）に示すように、シリコン基板１０上に、能動素子である半導体素子２４が形成されている。シリコン基板１０の下面には、パッケージを接地するための電極２６が形成されている。
【００２０】
シリコン基板１０上には、絶縁層２８が形成されている。絶縁層２８には、半導体素子２４間を電気的に接続等するための配線層３０が埋め込まれている。
【００２１】
絶縁層２８上には、図２（ｂ）に示すように、信号線路１８と、Ｔ字状パターン２２ａ、２２ｂが形成された接地導体２０とから構成される本実施形態による共振素子が形成されている。
【００２２】
こうして、本実施形態による集積回路装置が構成されている。
【００２３】
図１（ｂ）及び図２（ｂ）中に示すように、共振素子のＴ字状パターン２２ａ、２２ｂのそれぞれのＴ字の縦線の長さをＬ１、Ｔ字の横線の長さをＬ２で表した場合、共振素子の遮断周波数は、パターン長の総和Ｌ１＋Ｌ２に反比例する。本実施形態では、遮断周波数は基本周波数の４分の１波長程度となっている。ＲＦ信号のうちの偶数次高調波に対しては、図１（ｂ）中に示すポイントＡは見かけ上オープンとなる。このため、信号線路１８を伝搬する偶数次高調波は、Ｔ字状パターン２２ａ、２２ｂの影響を受けることなく透過する。一方、奇数次高調波に対しては、図１（ｂ）中に示すポイントＡは見かけ上オープンとはならない。このため、信号線路１８を伝搬する奇数次高調波は、Ｔ字状パターン２２ａ、２２ｂと信号線路１８との共振により遮断される。
【００２４】
図３は、本実施形態による共振素子のフィルタ特性を示したものである。図３から分かるように、奇数次高調波は遮断され、偶数次高調波は透過している。
【００２５】
以下、本実施形態において、フィルタ特性を得るためのパターンとして、Ｔ字状パターン２２ａ、２２ｂを形成している理由について図４乃至図６を用いて説明する。図４は、本実施形態による共振素子のフィルタとしての透過特性のシミュレーション結果を示すグラフである。このシミュレーション結果は、電磁界シミュレーションにより得られたものである。
【００２６】
なお、図４のグラフでは、Ｔ字状パターンに代えて図５に示す線状パターンを形成した場合のシミュレーション結果のグラフも併せて示している。
【００２７】
図５に示す共振素子では、接地導体２０に、Ｔ字状パターン２２ａ、２２ｂに代えて、線状パターン３２ａ、３２ｂが形成されている。それぞれの線状パターン３２ａ、３２ｂの長さは、それぞれ、Ｔ字状パターン２２ａ、２２ｂのパターン長の総和Ｌ１＋Ｌ２と等しくなっている。
【００２８】
なお、図４中太線で示すグラフがＴ字状パターン２２ａ、２２ｂを形成した場合のシミュレーション結果を示し、細線で示すグラフが線パターン３２ａ、３２ｂを形成した場合のシミュレーション結果を示している。
【００２９】
シミュレーション結果から明らかなように、Ｔ字状パターン２２ａ、２２ｂを形成した場合の方が、線状パターン３２ａ、３２ｂを形成した場合に比べて、遮断周波数帯域における周波数成分をより十分に遮断することができ、良好なフィルタ特性が得られることが分かる。
【００３０】
Ｔ字状パターン２２ａ、２２ｂを用いた方が良好なフィルタ特性が得られるのは、以下のようなメカニズムによるものであると考えられる。
【００３１】
信号線路１８にＲＦ信号が入力されると、図６に示すように、遮断周波数付近では、Ｔ字状パターン２２ａ、２２ｂのエッジに沿って接地導体２０に図中矢印で示すように電流が流れる。この電流は、接地導体２０のＴ字状パターン２２ａ、２２ｂのエッジで生じている電位差によるものである。
【００３２】
そして接地導体２０のＴ字状パターン２２ａ、２２ｂのエッジに発生した電流により、Ｔ字状パターン２２ａ、２２ｂに図中矢印で示すように電界が発生する。
【００３３】
しかし、Ｔ字状パターン２２ａ、２２ｂに発生した電界は、図６に示すように、部分的に逆方向のものとなる。この結果、Ｔ字状パターン２２ａ、２２ｂに発生した電界は部分的に相殺される。このため、放射が発生し難くなり、放射損が低減される。
【００３４】
一方、線状パターン３２ａ、３２ｂの場合、Ｔ字状パターン２２ａ、２２ｂの場合のように発生する電界が部分的に相殺されることはない。このため、Ｔ字状パターン２２ａ、２２ｂの場合と比較して、放射損が大きくなっていると考えられる。
【００３５】
以上のことから、Ｔ字状パターン２２ａ、２２ｂの場合の方が、線状パターン３２ａ、３２ｂの場合よりも更に効果的に放射損を低く抑えることができ、この結果、遮断周波数帯域における周波数成分をより十分に遮断することができると考えられる。
【００３６】
本実施形態による共振素子では、Ｔ字状パターン２２ａ、２２ｂを接地導体２０に有しているため、線状パターン３２ａ、３２ｂが接地導体２０に形成された場合に比べて、遮断周波数帯域における周波数成分をより十分に遮断することができ、良好なフィルタ特性を得ることができる。
【００３７】
なお、本実施形態では、Ｔ字状パターン２２ａ、２２ｂを形成しているが、線状パターン３２ａ、３２ｂを形成してもよい。線状パターン３２ａ、３２ｂの場合にも、ある程度、良好なフィルタ特性を得ることができる。但し、上述したように、Ｔ字状パターン２２ａ、２２ｂの方が有利である。
【００３８】
本実施形態では、信号線路１８にＲＦ信号が入力されると、図２（ａ）に示すよう電界及び磁界が発生する。図２（ａ）では、電界及び磁界を、それぞれ実線及び点線で示している。図示するように、本実施形態による共振素子はコプレーナ型の伝送線路により構成されているため、電界及び磁界は、信号線路１８と接地導体２０とが形成されている層の近傍のみに分布する。このため、ＲＦ信号を信号線路１８に入力した際に生じる電界及び磁界は、絶縁層２８に埋め込まれた配線層３０や半導体素子２４の影響をほとんど受けない。したがって、本実施形態による共振素子は、絶縁層２８に埋め込まれた配線層３０や半導体素子２４の影響を受けることなく、良好なフィルタ特性を得ることができる。
【００３９】
このように、本実施形態による共振素子は、コプレーナ型の伝送線路により構成されており、しかも、接地導体２０に抜きパターンが形成されていることに主たる特徴の一つがある。
【００４０】
例えば基板下面に接地導体が形成されたマイクロストリップ型の伝送線路によりフィルタを構成した場合、基板上面の信号線路と基板下面の接地導体との間に電界及び磁界が発生する。このため、半導体素子とともにフィルタを同一基板上に集積化すると、フィルタ特性はともに集積された半導体素子の影響を大きく受けることになる。
【００４１】
これに対し、本実施形態による共振素子では、コプレーナ型の伝送線路によりフィルタが構成されている。このため、図２（ａ）に示すように、信号線路１８と接地導体２０とが形成された層の近傍に電界及び磁界が発生する。したがって、本実施形態による共振素子は、半導体素子とともに同一基板上に集積化した場合であっても、半導体素子から影響を受け難い構造となっている。
【００４２】
このため、本実施形態によれば、半導体素子とともに同一基板上にフィルタを集積化した場合であっても、良好なフィルタ特性を実現することができる。
【００４３】
また、従来のフィルタは、遮断数波数における波長の数波長分の大きさになってしまっていた。
【００４４】
これに対し、本実施形態では、コプレーナ型の伝送線路の接地導体２０に抜きパターンを形成することによりフィルタを構成するので、極めて微細なフィルタを提供することができる。そのうえ、Ｔ字状パターン２２ａ、２２ｂを接地導体２０に形成するだけでよいため、従来のフィルタと比較して、更なるサイズの微細化を図ることが可能である。
【００４５】
また、本実施形態による共振素子は、フィルタ特性を得るためのパターンがＴ字状パターン２２ａ、２２ｂであることにも主たる特徴の一つがある。
【００４６】
Ｔ字状パターン２２ａ、２２ｂは、前述の通り、ＲＦ信号の入力により発生する電界が部分的に相殺されるため、放射損を低減することができる。これにより、遮断周波数帯域での周波数成分を十分に遮断することができ、良好なフィルタ特性を得ることができる。
【００４７】
次に、本実施形態による共振素子の製造方法について図７を用いて説明する。図７（ａ）、図７（ｃ）、図７（ｅ）、図７（ｇ）、及び図７（ｉ）は本実施形態による共振素子の製造方法を示す工程断面図、図７（ｂ）、図７（ｄ）、図７（ｆ）、図７（ｈ）、及び図７（ｊ）は本実施形態による共振素子の製造方法を示す工程平面図である。なお、図７（ａ）、図７（ｃ）、図７（ｅ）、図７（ｇ）、及び図７（ｉ）は、それぞれ図７（ｂ）、図７（ｄ）、図７（ｆ）、図７（ｈ）、及び図７（ｊ）のＡ−Ａ′線断面図である。
【００４８】
まず、シリコン基板１０上に、例えばスピンコートされたポリイミドよりなる絶縁層１２を形成する（図７（ａ）、図７（ｂ）を参照）。
【００４９】
次いで、絶縁層１２上に、例えばスパッタ法により、例えばＡｕよりなる導電層１４を形成する（図７（ｃ）、図７（ｄ）を参照）。
【００５０】
次いで、導電層１４上に、例えばスピンコート法により、レジスト膜３４を形成する。続いて、露光及び現像工程によりレジスト膜３４をパターニングする。これにより、導電層１４のＴ字状パターン２２ａ、２２ｂの形成予定領域上及び信号線路１８と接地導体２０との間の間隙１６ａ、１６ｂとなる領域上のレジスト膜３４を除去する（図７（ｅ）、図７（ｆ）を参照）。
【００５１】
次いで、パターニングされたレジスト膜３４をマスクとして、導電層１４をエッチングする。こうして、導電層１４に、絶縁層１２が露出された間隙１６、１６ｂ及びＴ字状パターン２２ａ、２２ｂが形成される（図７（ｇ）、図７（ｈ）を参照）。
【００５２】
次いで、マスクとして用いたレジスト膜３４を剥離する（図７（ｉ）、図７（ｊ）を参照）。
【００５３】
こうして、本実施形態による共振素子が形成される。
【００５４】
このように、本実施形態によれば、フィルタ特性の劣化を招くことなく共振素子と半導体素子とを同一基板上に集積化することができ、また、微細でしかも良好なフィルタ特性を有する共振素子を実現することができるので、システムの微小化及び低コスト化を実現することができる。
【００５５】
（変形例）
本実施形態の変形例による共振素子について図８を用いて説明する。図８は本変形例による共振素子の構造を示す斜視図である。
【００５６】
本変形例による共振素子は、信号線路１８と接地導体２０との間に段差が存在していることに主たる特徴がある。
【００５７】
図８に示すように、基板３６にメサ状の凸部３８が形成されており、凸部３８上面に導電層よりなる信号線路１８が形成されている。凸部３８両側の基板３６上には、接地導体２０が形成されている。凸部３８上の信号線路１８両側の接地導体２０には、フィルタ特性等を得るためのＴ字状パターン２２ａ、２２ｂがそれぞれ形成されている。なお、図８では、基板３６として絶縁性基板を用いており、絶縁層１２が形成されていない場合を示している。
【００５８】
図１に示す共振素子では、信号線路１８と接地導体２０との間に段差が存在していないため、信号線路１８と接地導体２０との間の間隙１６ａ、１６ｂの幅を適宜設定することにより特性インピーダンスの値が調整される。しかし、良好なフィルタ特性を得るためには間隙１６ａ、１６ｂの幅をあまり大きくすることはできず、特性インピーダンスの値の調整には制約が存在する。
【００５９】
これに対し、本変形例による共振素子は、信号線路１８と接地導体２０との間隙の幅のみならず、凸部３８の高さを適宜設定することによっても、特性インピーダンスの値を調整することができる。したがって、本変形例によれば、共振素子の使用目的等に応じて、高い自由度で、特性インピーダンスを所望の値に設定することができる。
【００６０】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態による共振素子について図９及び図１０を用いて説明する。図９は本実施形態による共振素子の構造を示す平面図、図１０は本実施形態による共振素子のフィルタ特性を示すグラフである。なお、第１実施形態による共振素子と同様の構成要素については同一の符号を付し説明を省略し或いは簡略にする。
【００６１】
本実施形態による共振素子は、第１実施形態による共振素子において互いに対称に形成されていたＴ字状パターン２２ａ、２２ｂに代えて、互いに非対称なＴ字状パターン４０ａ、４０ｂが形成されていることに主たる特徴がある。
【００６２】
すなわち、図９に示すように、信号線路１８両側の接地導体２０に、信号線路１８を軸として、互いに非対称なサイズの異なるＴ字状パターン４０ａ、４０ｂが形成されている。
【００６３】
基本波の波長をλとし、図９に示すように、図中左側のＴ字状パターン４０ａのＴ字の縦線の長さをＬ１L、Ｔ字の横線の長さをＬ２Lとし、図９中右側のＴ字状パターン４０ｂのＴ字の縦線の長さをＬ１R、Ｔ字の横線の長さをＬ２Rとした場合、例えばＬ１L＋Ｌ２L≒１／６λ、Ｌ１R＋Ｌ２R≒１／３λとなっている。Ｔ字状パターン４０ａ、４０ｂの長さがそれぞれＬ１L＋Ｌ２L≒１／６λ、Ｌ１R＋Ｌ２R≒１／３λとなっているため、本実施形態による共振素子では、高調波のうちの３ｎ次高調波を透過するようなフィルタ特性がえられる。
【００６４】
図１０は、本実施形態による共振素子のフィルタ特性を示したものである。図１０から分かるように、本実施形態による共振素子では、高調波のうちの３ｎ次高調波が透過される。
【００６５】
このように、本実施形態によれば、接地導体２０に形成するＴ字状パターン４０ａ、４０ｂのパターン長の総和をそれぞれ適宜設定することにより、所望の高調波を透過するフィルタ特性を実現することができる。
【００６６】
なお、上記では、高調波のうちの３ｎ次高調波を透過するフィルタ特性を有する場合を例に説明したが、例えばＬ１L＋Ｌ２LをＬ１L＋Ｌ２Lの４倍の長さとすることにより、高調波のうちの５ｎ次高調波を透過するフィルタ特性を得ることもできる。このように一のＴ字状パターンのパターン長の総和を他のＴ字状パターンのパターン長の総和の整数倍とすることにより、高調波のうちの特定の高調波を透過するフィルタ特性を得ることができる。
【００６７】
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態による共振素子について図１１及び図１２を用いて説明する。図１１は本実施形態による共振素子の構造を示す平面図、図１２は本実施形態による共振素子のフィルタ特性を示すグラフである。なお、第１実施形態による共振素子と同様の構成要素については同一の符号を付し説明を省略し或いは簡略にする。
【００６８】
本実施形態による共振素子は、Ｔ字の横線と縦線との比率、大きさが異なる複数種類のＴ字状パターンが信号線路１８に沿って配列されていることに主たる特徴がある。
【００６９】
すなわち、図１１に示すように、信号線路１８両側の接地導体２０には、信号線路１８に沿って、複数組のＴ字状パターン４２ａn、４２ｂn（ｎ＝１〜１０）が配列されている。各組のＴ字状パターン４２ａn、４２ｂnは、種々のＴ字の横線と縦線との比率、大きさを有している。Ｔ字状パターン４２ａn、４２ｂnは、上記と同様に、抜きパターンである。
【００７０】
図１２は、本実施形態による共振素子のフィルタ特性を示したものである。図１２から分かるように、本実施形態による共振素子では、帯域幅の広いローパスフィルタが実現されている。
【００７１】
このように、本実施形態によれば、種々のＴ字の横線と縦線との比率、大きさを有する複数組のＴ字状パターン４２ａn、４２ｂnを配列するので、広い遮断帯域幅を有するローパスフィルタを実現することができる。
【００７２】
なお、本実施形態では、１０組のＴ字状パターンを形成する場合を例に説明したが、形成するＴ字状パターンは１０組に限定されるものではない。また、形成するＴ字状パターンのＴ字の横線と縦線との比率、大きさも適宜設定することができる。要求されるフィルタ特性等に応じて、配列するＴ字状パターンの組数、Ｔ字の横線と縦線との比率、大きさを適宜設定することにより、所望の遮断帯域幅を有するフィルタ特性を得ることができる。
【００７３】
［第４実施形態］
本発明の第４実施形態による集積回路装置について図１３を用いて説明する。図１３は本実施形態による集積回路装置の構造を示す斜視図である。なお、第１実施形態による共振素子と同様の構成要素については同一の符号を付し説明を省略し或いは簡略にする。
【００７４】
本実施形態による集積回路装置は、回路基板４６に共振素子が形成されており、同一の回路基板４６上に半導体素子４８が実装されていることに主たる特徴がある。
【００７５】
すなわち、図１３に示すように、回路基板４６に、線状の信号線路１８と、接地導体２０が形成されている。接地導体２０には、Ｔ字状パターン２２ａ、２２ｂが形成されている。こうして、回路基板４６上に共振素子であるフィルタが形成されている。共振素子が形成された領域は、図１３において点線の楕円を用いて表されている。
【００７６】
なお、回路基板４６としては、例えばＬＴＣＣ（Low Temperature Cofired Ceramics）基板等のあらゆる回路基板を用いることができる。
【００７７】
回路基板４６上には、例えばＭＭＩＣ（Microwave Monolithic Integrated Circuit）チップ等の半導体素子４８が実装されている。回路基板４６上には電極パッド５０が形成されており、電極パッド５０と半導体素子４８とは、ワイヤボンディング等により電気的に接続されている。
【００７８】
上述のように共振素子が形成され、半導体素子４８が実装された回路基板４６は、パッケージ４４に封入されている。
【００７９】
このように、微細でしかも良好なフィルタ特性を得ることができる共振素子を回路基板４６上に形成し、同一の回路基板４６上に半導体素子４８を実装してもよい。
【００８０】
なお、本実施形態では、第１実施形態による共振素子を回路基板４６上に形成する場合を例に説明したが、第２実施形態或いは第３実施形態による共振素子を回路基板４６上に形成してもよい。
【００８１】
［変形実施形態］
本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【００８２】
例えば、上記実施形態では、本発明をフィルタに適用する場合を例に説明したが、フィルタのほか、例えばレゾネータにも本発明を適用することができる。この場合も、微細化できるとともに良好な共振特性を得ることができ、また、半導体素子とともに集積化した場合にも、半導体素子から影響を受け難く、良好な共振特性を得ることができる。したがって、レゾネータと半導体素子とを同一基板上に形成する場合であっても、微細化及び低コスト化を実現することができる。
【００８３】
また、上記実施形態では、シリコン基板を用いる場合を例に説明したが、基板は、シリコン基板に限定されるものではない。シリコン基板のほか、例えば、ＧａＡｓ基板等を用いてもよい。
【００８４】
また、上記では絶縁層上に信号線路や接地導体を形成する場合を例に説明したが、絶縁性基板を用いる場合には、絶縁性基板上に信号線路や接地導体を形成してもよい。
【００８５】
また、上記実施形態では、接地導体２０にＴ字状パターンを形成する場合を例に説明したが、接地導体２０に形成するパターンは、Ｔ字状パターンに限定されるものではなく、信号線路１８側が開いた抜きパターンであればよい。例えば、図１４に示すように、Ｔ字状パターンに代えて、Ｙ字状パターン５２ａ、５２ｂを接地導体２０に形成してもよい。このようなＹ字状のパターンを用いた場合であっても、Ｔ字状パターンと同様に放射損を低減することができ、良好なフィルタ特性を得ることができる。
【００８６】
また、上記実施形態では、信号線路１８の両側の接地導体２０に抜きパターンを形成する場合を例に説明したが、必ずしも両側の接地導体２０に抜きパターンを形成する必要はない。少なくとも、信号線路１８の片側の接地導体２０に抜きパターンが形成されていればよい。
【００８７】
また、上記実施形態では、共振素子を半導体素子とともに同一基板上に集積化する場合を例に説明したが、同一基板上に集積化する素子は半導体素子に限定されるものではない。共振素子と他のあらゆる素子とを同一基板上に集積化する場合に本発明を適用することができる。
【００８８】
（付記１） 基板上に形成された信号線路と、前記信号線路の両側に形成された接地導体とを有し、少なくとも片側の前記接地導体に、前記信号線路側が開いた抜きパターンが形成されており、前記抜きパターンの長さは、共振周波数に基づき定められていることを特徴とする共振素子。
【００８９】
（付記２） 付記１記載の共振素子において、前記抜きパターンは、前記信号線路の延在する方向に対して交差する方向に延伸し、前記信号線路側が開いた第１の部分パターンと、前記第１の部分パターンの延伸方向に対して交差する方向に延伸し、前記第１の部分パターンと繋がっている第２の部分パターンとを有することを特徴とする共振素子。
【００９０】
（付記３） 付記２記載の共振素子において、前記抜きパターンは、Ｔ字状又はＹ字状の抜きパターンであることを特徴とする共振素子。
【００９１】
（付記４） 付記１乃至３のいずれかに記載の共振素子において、前記抜きパターンは、前記信号線路の両側に形成されていることを特徴とする共振素子。
【００９２】
（付記５） 付記４記載の共振素子において、前記信号線路に対して一側の一の前記抜きパターンと、前記信号線路に対して他側の他の前記抜きパターンとが、前記信号線路を軸として、対称に形成されていることを特徴とする共振素子。
【００９３】
（付記６） 付記４記載の共振素子において、前記信号線路に対して一側の一の前記抜きパターンと、前記信号線路に対して他側の他の前記抜きパターンとが、前記信号線路を軸として、非対称に形成されていることを特徴とする共振素子。
【００９４】
（付記７） 付記６記載の共振素子において、前記一の抜きパターンにおけるパターン長の総和は、前記他の抜きパターンにおけるパターン長の総和のほぼ整数倍であることを特徴とする共振素子。
【００９５】
（付記８） 付記７記載の共振素子において、前記一の抜きパターンにおけるパターン長の総和は、前記他の抜きパターンにおけるパターン長の総和のほぼ２倍であることを特徴とする共振素子。
【００９６】
（付記９） 付記１乃至８のいずれかに記載の共振素子において、前記信号線路と前記接地導体との間に段差が存在していることを特徴とする共振素子。
【００９７】
（付記１０） 付記９記載の共振素子において、前記基板には、メサ状の凸部が形成されており、前記信号線路は前記凸部上に形成され、前記接地導体は前記凸部の両側における前記基板上に形成されていることを特徴とする共振素子。
【００９８】
（付記１１） 付記１乃至１０のいずれかに記載の共振素子において、複数種の前記抜きパターンが、前記信号線路に沿って配列されていることを特徴とする共振素子。
【００９９】
（付記１２） 半導体基板上に形成された信号線路と、前記信号線路の両側に形成された接地導体とを有し、少なくとも片側の前記接地導体に、前記信号線路側が開いた抜きパターンが形成されており、前記抜きパターンの長さは、共振周波数に基づき定められている共振素子と、前記半導体基板上に形成された半導体素子とを有することを特徴とする集積回路装置。
【０１００】
（付記１３） 回路基板上に形成された信号線路と、前記信号線路の両側に形成された接地導体とを有し、少なくとも片側の前記接地導体に、前記信号線路側が開いた抜きパターンが形成されており、前記抜きパターンの長さは、共振周波数に基づき定められている共振素子と、前記回路基板上に実装された半導体素子とを有することを特徴とする集積回路装置。
【０１０１】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、基板上に形成された信号線路と、信号線路の両側に形成された接地導体とを有する伝送線路の少なくとも片側の接地導体に、信号線路側が開いた抜きパターンを形成することによりことにより共振素子が構成されているため、他の素子とともに同一基板上に集積化した場合であっても良好な特性が得られ、しかも微細化を実現することができる。
【０１０２】
また、本発明によれば、信号線路の延在する方向に対して交差する方向に延伸し、信号線路側が開いた第１の部分パターンと、第１の部分パターンの延伸方向に対して交差する方向に延伸し、第１の部分パターンと繋がっている第２の部分パターンとを有する抜きパターンが接地導体に形成されているので、更に良好な特性を得るとともに微細化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による共振素子の構造を示す概略図である。
【図２】本発明の第１実施形態による集積回路装置の構造を示す概略図である。
【図３】本発明の第１実施形態による共振素子のフィルタ特性を示すグラフである。
【図４】本発明の第１実施形態による共振素子のフィルタ特性のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図５】接地導体にストレート形状のパターンを有する共振素子の構造を示す平面図である。
【図６】本発明の第１実施形態による共振素子におけるＴ字状パターンに発生する電界を示す平面図である。
【図７】本発明の第１実施形態による共振素子の製造方法を示す工程図である。
【図８】本発明の第１実施形態の変形例による共振素子の構造を示す斜視図である。
【図９】本発明の第２実施形態による共振素子の構造を示す概略図である。
【図１０】本発明の第２実施形態による共振素子のフィルタ特性を示すグラフである。
【図１１】本発明の第３実施形態による共振素子の構造を示す概略図である。
【図１２】本発明の第３実施形態による共振素子のフィルタ特性を示すグラフである。
【図１３】本発明の第４実施形態による集積回路装置の構造を示す斜視図である。
【図１４】本発明の変形例による共振素子の構造を示す平面図である。
【符号の説明】
１０…シリコン基板
１２…絶縁層
１４…導電層
１６ａ、１６ｂ…間隙
１８…信号線路
２０…接地導体
２２ａ、２２ｂ…Ｔ字状パターン
２３ａ、２３ｂ…部分パターン
２４…半導体素子
２６…電極
２８…絶縁層
３０…配線層
３２ａ、３２ｂ…線状パターン
３４…レジスト膜
３６…基板
３８…凸部
４０ａ、４０ｂ…Ｔ字状パターン
４２ａn、４２ｂn（ｎ＝１〜１０）…Ｔ字状パターン
４４…パッケージ
４６…回路基板
４８…半導体素子
５０…電極パッド
５２ａ、５２ｂ…Ｙ字状パターン
Claims (9)
- 基板上に形成された信号線路と、
前記信号線路の両側に形成された接地導体とを有し、
少なくとも片側の前記接地導体に、前記信号線路側が開いた抜きパターンが形成されており、
前記抜きパターンの長さは、共振周波数に基づき定められ、
前記抜きパターンは、前記信号線路の延在する方向に対して交差する方向に延伸し、前記信号線路側が開いた第１の部分パターンと、前記第１の部分パターンの延伸方向に対して交差する方向に延伸し、前記第１の部分パターンと繋がっている第２の部分パターンとを有する
ことを特徴とする共振素子。 - 請求項１記載の共振素子において、
前記抜きパターンは、前記信号線路の両側に形成されている
ことを特徴とする共振素子。 - 請求項２記載の共振素子において、
前記信号線路に対して一側の一の前記抜きパターンと、前記信号線路に対して他側の他の前記抜きパターンとが、前記信号線路を軸として、対称に形成されている
ことを特徴とする共振素子。 - 請求項２記載の共振素子において、
前記信号線路に対して一側の一の前記抜きパターンと、前記信号線路に対して他側の他の前記抜きパターンとが、前記信号線路を軸として、非対称に形成されている
ことを特徴とする共振素子。 - 請求項４記載の共振素子において、
前記一の抜きパターンにおけるパターン長の総和は、前記他の抜きパターンにおけるパターン長の総和のほぼ整数倍である
ことを特徴とする共振素子。 - 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の共振素子において、
前記信号線路と前記接地導体との間に段差が存在している
ことを特徴とする共振素子。 - 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の共振素子において、
複数種の前記抜きパターンが、前記信号線路に沿って配列されている
ことを特徴とする共振素子。 - 半導体基板上に形成された信号線路と、前記信号線路の両側に形成された接地導体とを有し、少なくとも片側の前記接地導体に、前記信号線路側が開いた抜きパターンが形成されており、前記抜きパターンの長さは、共振周波数に基づき定められ、前記抜きパターンは、前記信号線路の延在する方向に対して交差する方向に延伸し、前記信号線路側が開いた第１の部分パターンと、前記第１の部分パターンの延伸方向に対して交差する方向に延伸し、前記第１の部分パターンと繋がっている第２の部分パターンとを有する共振素子と、
前記半導体基板上に形成された半導体素子と
を有することを特徴とする集積回路装置。 - 回路基板上に形成された信号線路と、前記信号線路の両側に形成された接地導体とを有し、少なくとも片側の前記接地導体に、前記信号線路側が開いた抜きパターンが形成されており、前記抜きパターンの長さは、共振周波数に基づき定められ、前記抜きパターンは、前記信号線路の延在する方向に対して交差する方向に延伸し、前記信号線路側が開いた第１の部分パターンと、前記第１の部分パターンの延伸方向に対して交差する方向に延伸し、前記第１の部分パターンと繋がっている第２の部分パターンとを有する共振素子と、
前記回路基板上に実装された半導体素子と
を有することを特徴とする集積回路装置。
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