JP5110333B2

JP5110333B2 - 減衰器

Info

Publication number: JP5110333B2
Application number: JP2010140681A
Authority: JP
Inventors: 朋永西川; 義明石本; 吉田　　誠; 基清水; 秀幸鈴木
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2010-06-21
Filing date: 2010-06-21
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2030-06-21
Also published as: CN102291096A; CN102291096B; JP2012005050A

Description

本発明は、例えば高周波伝送回路の終端部に用いられ、入力信号の減衰を行うための減衰器に関する。

従来より、例えば高周波回路の信号線の末端において、信号の不要な反射を抑制する目的および入力信号を減衰させて出力する目的で抵抗体を備えた減衰器が用いられている。そのような減衰器には、小型かつ簡素な構成であること、信号線との接続が容易であること、電力を負荷した際の放熱特性に優れ、熱による特性劣化が小さいこと（耐電力特性に優れること）、所定の周波数帯域において一定の特性インピーダンスが得られること、所定の周波数帯域において反射損失が小さく、かつ安定していること（高周波特性に優れること）などが要求される。

例えば特許文献１には、定格電力値に比例して抵抗体の面積を大きくすることなく、必要な耐電力特性を得ることのできる高周波用電力抵抗器が開示されている。

特開平１１−５５００８号公報

しかしながら最近では、減衰器を設置するスペースが縮小化されていることから、減衰器自体の小型化がより強く求められている。ところが、既存の減衰器ではその要求に十分に応えることが難しくなっている。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、コンパクトな構成でありながら、所定の周波数帯域において、より安定した減衰特性を示す減衰器を提供することにある。

本発明の減衰器は、絶縁基板上に、入力電極と、出力電極と、これらの入力電極および出力電極を挟んで対向配置された第１および第２の接地電極と、入力電極と出力電極とを接続すると共に屈折部分もしくは曲線部分を含む平面形状を有する一の第１の抵抗と、入力電極および出力電極と一対の接地電極とをそれぞれ接続する一対の第２の抵抗とを備えるようにしたものである。

本発明の減衰器では、入力電極と出力電極とを接続する第１の抵抗が、屈折部分もしくは曲線部分を含む平面形状を有するようにしたので、全体の寸法の増大を招くことなく、減衰特性の高周波特性が改善される。

本発明の減衰器では、第１の抵抗の平面形状が、複数の屈折部分を含み、または複数の曲線部分を含むようにするとよい。その場合、第１の抵抗の平面形状は、蛇行部分を含むようにするとよい。また、屈折部分もしくは曲線部分が、入力電極よりも出力電極の近くに位置するようにするとよい。これらの構成により、減衰特性の周波数依存性がいっそう改善されるからである。

また、本発明の減衰器では、入力電極と第１の接地電極との間の抵抗値が出力電極と第２の接地電極との間の抵抗値よりも大きく、入力電極が第１の接地電極よりも第２の接地電極の近くに位置するとよい。絶縁基板上のスペースが効率的に利用され、全体構成のコンパクト化に有利となるからである。

本発明の減衰器によれば、絶縁基板上に入力電極と出力電極と繋ぐ第１の抵抗を設け、その第１の抵抗の平面形状を屈折部分もしくは曲線部分を含むものとしたので、全体構成の小型化を図りつつ、所定の周波数帯域において安定した減衰特性を発揮することができる。

本発明の一実施の形態に係る減衰器の全体構成を表す斜視図である。図１に示した減衰器の分解斜視図である。図１に示した減衰器の平面図である。図１に示した減衰器の回路図である。第１の変形例としての減衰器の全体構成を表す平面図である。第２の変形例としての減衰器の全体構成を表す平面図である。第３の変形例としての減衰器の全体構成を表す平面図である。第４の変形例としての減衰器の全体構成を表す平面図である。第５の変形例としての減衰器の全体構成を表す平面図である。第６の変形例としての減衰器の全体構成を表す平面図である。第７の変形例としての減衰器の全体構成を表す平面図である。第８の変形例としての減衰器の全体構成を表す平面図である。第９の変形例としての減衰器の全体構成を表す平面図である。第１０の変形例としての減衰器の全体構成を表す平面図である。比較例としての減衰器の全体構成を表す平面図である。実施例１における減衰量の周波数依存性を表す特性図である。実施例２における減衰量の周波数依存性を表す特性図である。実施例３における減衰量の周波数依存性を表す特性図である。実施例４における減衰量の周波数依存性を表す特性図である。実施例５における減衰量の周波数依存性を表す特性図である。実施例６における減衰量の周波数依存性を表す特性図である。実施例７における減衰量の周波数依存性を表す特性図である。実施例８における減衰量の周波数依存性を表す特性図である。実施例９における減衰量の周波数依存性を表す特性図である。実施例１０における減衰量の周波数依存性を表す特性図である。実施例１１における減衰量の周波数依存性を表す特性図である。比較例における減衰量の周波数依存性を表す特性図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下、実施の形態という。）について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態としての減衰器１の全体構成を表す斜視図であり、図２は、それを分解して表すものである。さらに、図３は、図１に示した矢印IIIの方向から眺めた減衰器１の平面図である。また、図４は、減衰器１の回路構成を表している。

減衰器１は、所定の周波数帯域に含まれる入力信号を適切な信号レベルに減衰させる電子デバイスである。この減衰器１は、例えば高周波無線通信を行う中継基地において、信号の送受信を行うアンテナと接続され、アンテナより反射された信号を適切な信号レベルに減衰する際に用いられる。

図１〜図４に示したように、減衰器１は、ＸＹ平面に延在する平板状の絶縁基板１０上に、入力電極２０と、出力電極３０と、一対の接地電極４０Ａ，４０Ｂと、入力電極２０と出力電極３０とを接続する一の減衰抵抗部分５１（第１の抵抗）と、入力電極２０および出力電極３０と一対の接地電極４０Ｂ，４０Ａとをそれぞれ接続する一対の抵抗部分５３，５２（第２の抵抗）とを備えたものである。

絶縁基板１０は、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）あるいはアルティック（Ａｌ₂Ｏ₃・ＴｉＣ）などの絶縁性材料によって構成されている。基体１０の構成材料は、熱伝導性が良く、加工性に優れていることが好ましい。

入力電極２０、出力電極３０および接地電極４０Ａ，４０Ｂは、いずれも略矩形の平面形状を有する導体からなる。一対の接地電極４０Ａ，４０Ｂは、いずれもＸ軸方向に延在し、入力電極２０および出力電極３０を挟んで対向配置されている。これらの入力電極２０、出力電極３０および接地電極４０Ａ，４０Ｂは、例えば銅（Ｃｕ）のほか、アルミニウム（Ａｌ），金（Ａｕ），銀（Ａｇ），タンタル（Ｔａ），ルテニウム（Ｒｕ），ロジウム（Ｒｈ）などの高導電性材料によって構成されている。入力電極２０、出力電極３０および接地電極４０Ａ，４０Ｂは、全て同一の材料によって構成されているとよい。

入力電極２０、出力電極３０および接地電極４０Ａ，４０Ｂは、絶縁基板１０の上に、減衰抵抗部分５１および抵抗部分５２，５３を含む抵抗膜パターン５０（図２）を介して設けられている。また、入力電極２０、出力電極３０および接地電極４０Ａ，４０Ｂは、互いに同一の階層に設けられているとよい。ここでいう「同一の階層に設けられている」とは、入力電極２０における絶縁基板１０の表面（ＸＹ平面）を基準とした高さ位置（Ｚ軸方向の位置）が、出力電極３０および接地電極４０Ａ，４０Ｂの高さ位置と部分的または全体的に一致することを意味する。すなわち、ＸＹ平面に沿って投影したときに、入力電極２０、出力電極３０および接地電極４０Ａ，４０Ｂの各々の射影が、互いに一部または全部が重なり合う関係にあることを意味する。その場合、入力電極２０、出力電極３０および接地電極４０Ａ，４０Ｂの各々の厚みが全て等しく、かつ、各々のＺ方向の上端および下端の位置が相互に一致していることが望ましい。Ｚ軸方向における全体の寸法がより小さくなるからである。但し、それらの厚みや上端および下端の位置は互いに異なっていてもよい。

また、入力電極２０、出力電極３０および接地電極４０Ａ，４０Ｂの上には、ニッケル（Ｎｉ）および錫（Ｓｎ）の少なくとも一方などからなるめっき膜を設けておくことが望ましい。はんだ付けによって外部へのリード線を入力電極２０に接続する際、はんだの拡散を防止するバリア層として機能させると共に、はんだの良好な塗れ性を確保するためである。また、接地電極４０Ａ，４０Ｂは、それらの端面と接すると共に絶縁基板１０の側面および裏面を取り巻くように設けられた接地部６０によって互いに導通されている。接地部６０は、例えば、スパッタリングなどによって形成された下地層（図示せず）と、その下地層の上にめっき法によって形成されたニッケルもしくは錫などからなるめっき層とを有するものである。

抵抗膜パターン５０は、例えば、減衰抵抗部分５１と、抵抗部分５２，５３と、入力電極２０，出力電極３０および接地電極４０Ａ，４０Ｂと積層方向にそれぞれ重なり合う重複部分５４〜５７とが全て同一材料からなり、かつ同一階層に設けられて一体化されたものである。ここで、重複部分５４の上面は入力電極２０の下面と接し、重複部分５５の上面は出力電極３０の下面と接し、重複部分５６，５７の上面は接地電極４０Ａ，４０Ｂの下面と接している。また、抵抗膜パターン５０の構成材料としては、例えば窒化タンタル（ＴａＮ）やニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）系合金などが好適である。これらの材料を用いれば、小さな平面積であっても発熱量が高く、効率的に入力信号が減衰するため、全体構成のコンパクト化に有利である。

減衰抵抗部分５１は、その平面形状が一の屈折部分７０（図３）を含むものであり、入力電極２０からの入力信号を所定の振幅まで減衰させる機能を有する。すなわち、減衰抵抗部分５１は、入力電極２０からの入力信号が出力電極３０から出力される際にどの程度の信号レベルまで減衰されるかを決定する重要な因子となる。減衰抵抗部分５１における屈折部分７０は、入力電極２０よりも出力電極３０の近くに位置するとよい。減衰抵抗部分５１は、屈折部分７０を含む自らの平面形状に応じたインダクタンス成分を有する。

入力電極２０と接地電極４０Ｂとの間の抵抗値（抵抗部分５３のＹ軸方向における抵抗値）は、出力電極３０と接地電極４０Ａとの間の抵抗値（抵抗部分５２のＹ軸方向における抵抗値）よりも大きく、入力電極２０は、接地電極４０Ｂよりも接地電極４０Ａの近くに位置するとよい。抵抗部分５２，５３は、減衰器１における回路定数を決定する抵抗体である。

さらに、減衰器１には、入力電極２０、出力電極３０および接地電極４０Ａ，４０Ｂ以外の部分、すなわち、減衰抵抗部分５１と、抵抗部分５２，５３と、露出した絶縁基板１０とを覆うように絶縁性の保護膜（図示せず）が設けられている。この保護膜の構成材料としては、エポキシ系樹脂、ポリイミド樹脂あるいはガラスが好ましい。また、酸化アルミニウムによって保護膜を形成してもよい。なお、図１では、入力電極２０、出力電極３０および接地電極４０Ａ，４０Ｂの各々の一部をも覆うように保護膜が設けられていでもよい。

続いて、減衰器１の製造方法について説明する。

まず、絶縁基板１０を用意し、基体１０の表面全体に亘って、のちに抵抗膜パターン５０となる抵抗膜と、のちに入力電極２０、出力電極３０および接地電極４０Ａ，４０Ｂとなる電極膜とをそれぞれ上述の材料を用いて順に積層する。これら抵抗膜および電極膜は、スパッタリング等の気相法などにより形成することができる。次に、フォトリソグラフィ法により電極膜のパターニングを行い、所定の位置に所定形状の入力電極２０、出力電極３０および接地電極４０Ａ，４０Ｂを形成する。続いて、やはりフォトリソグラフィ法により抵抗膜のパターニングを行い、所定形状の減衰抵抗部分５１、抵抗部分５２，５３、および重複部分５４〜５７からなる抵抗膜パターン５０を所定の位置に形成する。最後に、減衰抵抗部分５１および抵抗部分５２，５３などを覆うように保護膜を選択的に形成すると共に絶縁基板１０を所定の形状で切り出し、接地部６０を形成するなどして、減衰器１を完成させる。接地部６０については、絶縁基板１０の短辺側に対応する接地電極４０Ａ，４０Ｂの端面、抵抗膜パターン５０（のうちの重複部分５６，５７）の両端面、ならびに絶縁基板１０の両側面および下面を覆うように下地層（図示せず）をスパッタリング法などにより形成したのち、その下地層を覆うようにめっき層を形成するようにする。

このように、本実施の形態では、入力電極２０と出力電極３０とを接続する減衰抵抗部分５１が、屈折部分７０を含む平面形状を有し、その平面形状に起因したインダクタンス成分を有するようにしたので、全体の寸法の増大を招くことなく、減衰特性の高周波特性が改善される。すなわち、全体構成の小型化を図りつつ、所定の周波数帯域において減衰特性の安定化を図ることができる。特に、その屈折部分７０を、入力電極２０よりも出力電極３０の近くに配置するようにすれば、減衰特性の周波数依存性がいっそう改善される。

また、本実施の形態では、入力電極２０と接地電極４０Ｂとの間の抵抗値が出力電極３０と接地電極４０Ａとの間の抵抗値よりも大きく、入力電極２０が接地電極４０Ｂよりも接地電極４０Ａの近くに位置するようにした。こうすることにより、絶縁基板１０上のスペースを効率的に利用することができ、全体構成のさらなるコンパクト化を図ることができる。

さらに、本実施の形態では、抵抗膜パターン５０を、全て同一材料からなり、かつ同一階層に設けられて一体化された減衰抵抗部分５１、抵抗部分５２，５３、および重複部分５４〜５７によって構成し、入力電極２０，出力電極３０および接地電極４０Ａ，４０Ｂを、抵抗膜パターン５０の上面と接するように積層した。こうすることで、入力電極２０，出力電極３０および接地電極４０Ａ，４０Ｂと重複部分５４〜５７との接続を、煩雑な製造プロセスを必要とすることなく、比較的容易に、かつ、より確実に行うことができる。

（変形例）
次に、図５〜１４を参照して、本実施の形態における第１〜第１０の変形例について説明する。上記実施の形態の減衰器１は、減衰抵抗部分５１の平面形状が一の屈折部分７０を有するものである。これに対し、図５に示した第１の変形例としての減衰器１Ａは、合計３箇所の屈折部分を含む平面形状の減衰抵抗部分５１Ａを備えるものである。図６に示した第２の変形例としての減衰器１Ｂは、合計５箇所の屈折部分を含む平面形状の減衰抵抗部分５１Ｂを備える。図７に示した第３の変形例としての減衰器１Ｃは、合計７箇所の屈折部分を含む平面形状の減衰抵抗部分５１Ｃを備える。図８に示した第４の変形例としての減衰器１Ｄは、Ｘ軸方向へ連なる合計７箇所の屈折部分を含む平面形状の減衰抵抗部分５１Ｄを備える。図９に示した第５の変形例としての減衰器１Ｅは、Ｘ軸方向へ連なる合計５箇所の屈折部分を含む平面形状の減衰抵抗部分５１Ｅを備える。図１０に示した第６の変形例としての減衰器１Ｆは、一の湾曲部分を含む平面形状の減衰抵抗部分５１Ｆを備える。図１１に示した第７の変形例としての減衰器１Ｇは、一の湾曲部分と一の屈折部分とを含む平面形状の減衰抵抗部分５１Ｇを備える。図１２に示した第８の変形例としての減衰器１Ｈは、２つの屈折部分を含む平面形状の減衰抵抗部分５１Ｈを備える。図１３に示した第９の変形例としての減衰器１Ｊは、Ｘ軸およびＹ軸に対して斜めに延在する２つの直線部分によって形成された一の屈折部分を含む平面形状の減衰抵抗部分５１Ｊを備える。図１４に示した第１０の変形例としての減衰器１Ｋは、複数の湾曲部を含む蛇行した平面形状の減衰抵抗部分５１Ｋを備える。これら第１〜第１０の変形例においても、減衰抵抗部分の平面形状を直線状とした場合と比較して、全体構成の小型化と、所定の周波数帯域における減衰特性の安定化との両立を図ることができる。

続いて、本発明の具体的な実施例について詳細に説明する。

（実施例１〜１１）
上記実施の形態で説明した製造方法に従って、図３，５〜１４の減衰器１，１Ａ〜１Ｋを作製した。抵抗膜パターン５０は、スパッタリング法によりニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）系合金を用いて形成した。入力電極２０、出力電極３０および接地電極４０Ａ，４０Ｂとしては、抵抗膜パターン５０の上にスパッタリング法により銅（Ｃｕ）層を形成した。なお、入力電極２０、出力電極３０および接地電極４０Ａ，４０Ｂの上には、さらにニッケル層と錫層との２層構造をめっき法により形成した。また、各構成要素の寸法（μｍ）は次の通りである（図３参照）。
・絶縁基板１０；x=3000, y=7700
・入力電極２０；x=1000, y=1100
・出力電極３０；x=1600, y=1800
・接地電極４０；x=3000, y=200
・減衰抵抗部分５１（Ｙ軸方向に延在する部分）；x=150, y=1900（実施例１）
・減衰抵抗部分５１（Ｘ軸方向に延在する部分）；x=350, y=150（実施例１）
・抵抗部分５２；x=1400. y=1550
・抵抗部分５３；x=2750, y=2800

（比較例）
さらに、上記実施例１〜１１と同様にして、図１５に示した平面形状の減衰器１０１Ａを作製した。但し、減衰器１０１Ａでは、減衰抵抗部分１５１Ａの平面形状が直線状となっている。

上記の各実施例および比較例について、減衰量の周波数依存性を調べた。図１６〜図２７にその結果を示す。図１６〜図２７では、縦軸が入出力信号量の比である減衰量（単位デシベル：ｄＢ）を表し、横軸が入力信号の周波数（単位ギガヘルツ：ＧＨｚ）を表す。実施例１〜１１では、０．１〜３ＧＨｚの周波数帯において設計基準値であるおよそ−３０ｄＢ付近の安定した減衰量を示した。これに対し、比較例では、３ＧＨｚ以下の帯域において、実用上の許容範囲（設計基準値±０．５ｄＢ）を大きく超えるような、減衰量の大幅な変化が生じてしまった。また、減衰抵抗部分の平面形状が屈折部分および曲線部分を複数含む場合に、より安定した減衰量を示す傾向が確認できた。特に、減衰抵抗部分の平面形状の一部または全部が蛇行部分を形成する場合に、よりいっそう優れた減衰特性を示すことがわかった。

以上、実施の形態、変形例および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態等に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、図１〜図３に示した減衰器１では、絶縁基板１０の側から抵抗膜パターン５０と、入力電極２０、出力電極３０および接地電極４０Ａ，４０Ｂとを順に積層するようにしたが、積層順序を反対にしてもよい。例えば、ニッケルクロム系合金の材料を用いて抵抗膜パターン５０を形成した場合には、抵抗膜パターン５０の上に強固な酸化膜が速やかに形成されやすく、その上に入力電極２０、出力電極３０および接地電極４０Ａ，４０Ｂを形成することが困難である。したがって、その場合には絶縁基板１０の上に入力電極２０、出力電極３０および接地電極４０Ａ，４０Ｂと抵抗膜パターン５０とを順に積層した構造を採用することが望ましい。

また、入力電極２０、出力電極３０および接地電極４０Ａ，４０Ｂ、抵抗膜パターン５０の平面形状は、図示したものに限定されるものではない。すなわち、本明細書に添付した図面は例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。図面は、必ずしも一定の縮尺（比率）で描かれているものではなく、また、実際のデバイスのサイズと必ずしも一致するものでもない。

１…減衰器、１０…絶縁基板、２０…入力電極、３０…出力電極、４０（４０Ａ，４０Ｂ）…接地電極、５０…抵抗膜パターン、５１…減衰抵抗部分、５２，５３…抵抗部分、６０…接地部。

Claims

絶縁基板上に、
入力電極と、
出力電極と、
前記入力電極および出力電極を挟んで対向配置された第１および第２の接地電極と、
前記入力電極と前記出力電極とを接続すると共に屈折部分および曲線部分の少なくとも一方を含む平面形状を有する一の第１の抵抗と、
前記入力電極および出力電極と、前記一対の接地電極とをそれぞれ接続する一対の第２の抵抗と
を備えた減衰器。
前記第１の抵抗の平面形状は、複数の屈折部分を含む
請求項１記載の減衰器。
前記第１の抵抗の平面形状は、複数の曲線部分を含む
請求項１記載の減衰器。
前記第１の抵抗の平面形状は、蛇行部分を含む
請求項２または請求項３に記載の減衰器。
前記屈折部分および曲線部分は、前記入力電極よりも前記出力電極の近くに位置する
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の減衰器。
前記入力電極と前記第１の接地電極との間の抵抗値は、前記出力電極と前記第２の接地電極との間の抵抗値よりも大きく、
前記入力電極は、前記第１の接地電極よりも前記第２の接地電極の近くに位置する
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の減衰器。