JP6155324B2 - 誘電性導波路を用いたチップ間通信 - Google Patents

Description

本願は、全般的にチップ対チップ通信に関し、より具体的には、誘電性導波路を用いたチップ対チップ通信に関する。

最も広く用いられる相互接続システム（これは、ほとんどの電子デバイスで使用される）は、印刷回路基板（ＰＣＢ）又はバックプレーンに組み込まれる金属トレースを用いている。このタイプのシステムでは、１つ又は複数のトレースに電気的に結合されるように集積回路（ＩＣ）がＰＣＢに固定され、チップ間通信又はチップ対チップ通信が可能になる。この配置に伴う問題は、データレート又はデータ伝送に関する物理的限界に達していることであり、結果として、いくつかの異なるタイプの通信リンク、光リンク及びワイヤレスリンク、が開発されてきたか又は現在開発されている。これら開発中の技術はそれぞれ、伝送媒体、すなわち光リンクでは光ファイバ、ワイヤレスリンクでは金属導波路、を用いる。

図１及び図２を参照すると、ワイヤレスリンク又は光リンクを用いる相互接続システム１００の例が見られる。この例において、伝送媒体１０４（これは、金属導波路又は光ファイバである）はＰＣＢ１０２に組み込まれている。ＩＣ１０６−１及び１０６−２が、ＰＣＢ１０２に固定され、伝送媒体１０４のそれぞれの端部に近接して位置する。理論上、トランシーバ１０８−１及び１０８−２（これらは、光リンクの場合は光トランシーバであり、ワイヤレスリンクの場合は無線周波（ＲＦ）トランシーバである）は、ＩＣ１０６−１と１０６−２との間のチップ間通信を可能にする。しかしながら実際のところ、このチップ間通信は単純な作業ではない。例えば、システム１００が光リンクを用いると想定すると、光トランシーバ１０８−１及び１０８−２は、光軸を有する、オンダイ発光ダイオード（ＬＥＤ）及び／又はフォトダイオードを有することになる（これは、現行の処理技術では困難である）。通常、ＬＥＤ（伝送用）は特定の波長又は周波数を有するレーザーダイオードであり、伝送媒体１０４（この例では光ファイバ）はＬＥＤから発せられる光の波長に対応するような寸法とされる。典型的に、伝送媒体１０４（この例では光ファイバ）は帯域幅を向上させるための単一モードファイバであり、ＬＥＤから発せられる光の波長に関する直径を有する。例えば、近赤外線（すなわち、約０．７μｍから約３μｍの間の波長）の場合、単一モード光ファイバは概して、約８μｍから約１０μｍの間の直径を有する。そのため、伝送媒体１０４（この例では光ファイバ）の光軸とＬＥＤ（又はフォトダイオード）の光軸との間の位置合わせ不良（たとえ数ミクロンであっても）が、相互接続不良となるか又は相互接続しなくなる可能性がある。したがって、一般に、精密な機械加工又は他のより特異な微小光学構造が必要となる。金属導波路についても同様であって、すなわち、適切な位置合わせのために精密な機械加工が一般に必要となる。サブミリ波向けの金属導波路はかなり損失も大きく、導波路が動作する距離が実質的に制限される。

したがって、改良された相互接続システムが求められている。

従来システムのいくつかの他の例が下記文献に記載されている。
米国特許番号第５，７５４，９４８号 米国特許番号第７，７６８，４５７号 米国特許番号第７，３７９，７１３号 米国特許番号第７，３３０，７０２号 米国特許番号第６，９６７，３４７号 米国特許公開番号２００９／０００９４０８

例示の実施形態が或る装置を提供する。この装置は、第１の側と第２の側と第１の接地平面とを有する回路ボードであって、第１の接地平面が回路ボードの第１の側に形成される回路ボード、回路ボードの第１の側に固定されるパッケージ基板であって、パッケージ基板が、第１の接地平面に電気的に結合される第２の接地平面と、第１及び第２の接地平面に実質的に平行なマイクロストリップラインとを含み、マイクロストリップラインが、第２の接地平面の少なくとも一部に重なり、且つ、第２の接地平面から第１の距離離れた第１の部分であって、マイクロストリップラインの第１の部分が或る波長を有する放射を伝搬するためのインピーダンスを有するような寸法とされる第１の部分と、第１の接地平面の少なくとも一部に重なり、且つ、第１の接地平面から第２の距離離れた第２の部分であって、第２の距離が第１の距離よりも長く、マイクロストリップラインの第２の部分が前記波長を有する放射を伝搬するためのインピーダンスを有するような寸法とされ、マイクロストリップラインの第２の部分が遷移領域内に位置する第２の部分とを有する、パッケージ基板、パッケージ基板に固定され、且つ、マイクロストリップラインの第１の部分に電気的に結合される集積回路（ＩＣ）、及び、回路ボードに固定される誘電性導波路であって、第１の接地平面の少なくとも一部に重なり、遷移領域に延びる誘電性導波路を含む。

特定の実装において、波長は約１ｍｍより短いか又は約１ｍｍに等しいものとし得る。誘電性導波路はクラッディング（cladding）をさらに含み得、コアが第１の誘電率を有し、クラッディングは第２の誘電率を有し、第１の誘電率は第２の誘電率よりも大きい。パッケージ基板は第１及び第２の側を有し得、マイクロストリップラインはパッケージ基板の第１の側に形成され得、ＩＣはパッケージ基板の第１の側に固定され得、第１の接地平面はパッケージ基板の第２の側に形成され得る。１つ又は複数のはんだボールが第１及び第２の接地平面に固定され得る。インピーダンスは約５０Ωであり得る。また、マイクロストリップラインの第１の部分は概して約２５μｍの幅を有する矩形であり得、マイクロストリップラインの第２の部分は概して約５０μｍの幅を有する矩形であり得る。

別の態様において、説明される実施形態は、第１の側と第２の側と複数の回路ボード接地平面とを有する回路ボードであって、各回路ボード接地平面が回路ボードの第１の側に形成される回路ボード、複数のパッケージ基板であって、各パッケージ基板が回路ボードの第１の側に固定され、それぞれが回路ボード接地平面のうちの少なくとも１つとコロケートされ、各パッケージ基板が、その回路ボード接地平面に電気的に結合されるパッケージ基板接地平面と、そのパッケージ基板接地平面及びその回路ボード接地平面に実質的に平行なマイクロストリップラインとを含み、マイクロストリップラインが、そのパッケージ基板接地平面の少なくとも一部に重なり、且つ、そのパッケージ基板接地平面から第１の距離離れた第１の部分であって、マイクロストリップラインの第１の部分が或る波長を有する放射を伝搬するためのインピーダンスを有するような寸法とされる第１の部分と、その回路ボード接地平面の少なくとも一部に重なり、且つ、その回路ボード接地平面から第２の距離離れた第２の部分であって、第２の距離が第１の距離よりも長く、マイクロストリップラインの第２の部分が前記波長を有する放射を伝搬するためのインピーダンスを有するような寸法とされ、マイクロストリップラインの第２の部分が遷移領域内に位置する、第２の部分とを有する、複数のパッケージ基板、複数のＩＣであって、各ＩＣが、パッケージ基板のうちの少なくとも１つに固定され、そのマイクロストリップラインの第１の部分に電気的に結合される、複数のＩＣ、及び、回路ボードに固定される誘電性導波路ネットワークであって、誘電性導波路ネットワークからのコアが、各回路ボード接地平面の少なくとも一部に重なり、その遷移領域に延びる、誘電性導波路ネットワークを含む。

特定の実装において、誘電性導波路ネットワークはさらに、クラッディングを有する複数の誘電性導波路であり得、コアは第１の誘電率を有し得、クラッディングは第２の誘電率を有し得、第１の誘電率は第２の誘電率よりも大きくし得る。各パッケージ基板は第１及び第２の側を有し得、マイクロストリップラインはパッケージ基板の第１の側に形成され得、ＩＣはパッケージ基板の第１の側に固定され得、パッケージ基板接地平面はパッケージ基板の第２の側に形成され得る。１つ又は複数のはんだボールが、各パッケージ基板について回路ボード接地平面及びパッケージ基板接地平面に固定され得る。

別の態様において、実施形態は或る装置であり、この装置は、第１の側と第２の側と第１の接地平面と第２の接地平面とを有する回路ボードであって、第１及び第２の接地平面が回路ボードの第１の側に形成され、第１及び第２の接地平面が互いに離間される回路ボード、回路ボードの第１の側に固定される第１のパッケージ基板であって、第１のパッケージ基板が、第１の接地平面に電気的に結合される第３の接地平面と、第１及び第３の接地平面に実質的に平行な第１のマイクロストリップラインとを含み、第１のマイクロストリップラインが、第３の接地平面の少なくとも一部に重なり、且つ、第３の接地平面から第１の距離離れた第１の部分であって、第１のマイクロストリップラインの第１の部分が或る波長を有する放射を伝搬するためのインピーダンスを有するような寸法とされる、第１の部分と、第１のボード接地平面の少なくとも一部に重なり、且つ、第１の接地平面から第２の距離離れた第２の部分であって、第２の距離が第１の距離よりも長く、第１のマイクロストリップラインの第２の部分が前記波長を有する放射を伝搬するためのインピーダンスを有するような寸法とされ、第１のマイクロストリップラインの第２の部分が第１の遷移領域内に位置する、第２の部分とを有する、第１のパッケージ基板、パッケージ基板に固定され、且つ、第１のマイクロストリップラインの第１の部分に電気的に結合される第１のＩＣ、回路ボードの第１の側に固定される第２のパッケージ基板であって、第２のパッケージ基板が、第２の接地平面に電気的に結合される第４の接地平面と、第２及び第４の接地平面に実質的に平行な第２のマイクロストリップラインとを含み、第２のマイクロストリップラインが、第４の接地平面の少なくとも一部に重なり、且つ、第４の接地平面から第３の距離離れた第１の部分であって、第２のマイクロストリップラインの第１の部分が前記波長を有する放射を伝搬するためのインピーダンスを有するような寸法とされる、第１の部分と、第２のボード接地平面の少なくとも一部に重なり、且つ、第２の接地平面から第４の距離離れた第２の部分であって、第４の距離が第３の距離よりも長く、第２のマイクロストリップラインの第２の部分が前記波長を有する放射を伝搬するためのインピーダンスを有するような寸法とされ、第２のマイクロストリップラインの第２の部分が第２の遷移領域内に位置する、第２の部分とを有する、第２のパッケージ基板、パッケージ基板に固定され、且つ、第２のマイクロストリップラインの第１の部分に電気的に結合される第２のＩＣ、誘電性導波路であって、第１及び第２の端部を備え、回路ボードに固定され、第１及び第２の接地平面の少なくとも一部に重なるコアであって、コアの第１の端部が第１の遷移領域に延び、コアの第２の端部が第２の遷移領域に延び、コアが第１の誘電率を有する、コアと、コアに固定され、第２の誘電率を有するクラッディングであって、第１の誘電率が第２の誘電率よりも大きい、クラッディングとを有する、誘電性導波路を含む。

特定の実装において、第１及び第２のパッケージ基板の各々は第１及び第２の側を有し得、マイクロストリップラインはパッケージ基板の第１の側に形成され得、ＩＣはパッケージ基板の第１の側に固定され得、その第１の接地平面がパッケージ基板の第２の側に形成され得る。１つ又は複数のはんだボールは第１及び第３の接地平面に固定され得、１つ又は複数のはんだボールが第２及び第４の接地平面に固定され得る。第１及び第２のマイクロストリップラインの各々の第１の部分は概して矩形であり得、第１及び第２のマイクロストリップラインの各々の第２の部分は概して矩形であり得る。

別の態様において、装置は、第１の側と第２の側と第１の接地平面とを有する回路ボード、回路ボードの第１の側に形成されるチャネルであって、第１の接地平面がチャネルの少なくとも一部の下にあるチャネル、回路ボードの第１の側に固定されるパッケージ基板であって、パッケージ基板が、第１の接地平面に電気的に結合される第２の接地平面と、第１及び第２の接地平面に実質的に平行なマイクロストリップラインとを含み、マイクロストリップラインが、第２の接地平面の少なくとも一部に重なり、且つ、第２の接地平面から第１の距離離れた第１の部分であって、マイクロストリップラインの第１の部分が或る波長を有する放射を伝搬するためのインピーダンスを有するような寸法とされる、第１の部分と、第１の接地平面の少なくとも一部に重なり、且つ、第１の接地平面から第２の距離離れた第２の部分であって、第２の距離が第１の距離よりも長く、マイクロストリップラインの第２の部分が前記波長を有する放射を伝搬するためのインピーダンスを有するような寸法とされ、マイクロストリップラインの第２の部分が遷移領域内に位置する、第２の部分とを有する、パッケージ基板、パッケージ基板に固定され、且つ、マイクロストリップラインの第１の部分に電気的に結合される集積回路（ＩＣ）、及び、第１の接地平面の少なくとも一部に重なり、遷移領域に延び、チャネル内に固定される誘電性コアを含む。

特定の実装において、装置はクラッディングをさらに含み得る。コアは第１の誘電率を有し得、クラッディングは第２の誘電率を有し得、第１の誘電率は第２の誘電率より大きくし得る。回路ボードは回路ボードの第１の接地平面から第１の側まで延在するバイアをさらに含み得、１つ又は複数のはんだボールが第２の接地平面及びバイアに固定され得る。マイクロストリップラインの第１の部分は概して矩形であり得る。

別の態様において、装置は、第１の側と第２の側と複数の回路ボード接地平面とを有する回路ボード、回路ボードの第１の側に形成されるチャネルネットワークであって、各回路ボード接地平面がチャネルネットワークの少なくとも一部の下にある、チャネルネットワーク、複数のパッケージ基板であって、各パッケージ基板が回路ボードの第１の側に固定され、各々が回路ボード接地平面のうちの少なくとも１つとコロケートされ、各パッケージ基板が、その回路ボード接地平面に電気的に結合されるパッケージ基板接地平面と、そのパッケージ基板接地平面及びその回路ボード接地平面に実質的に平行なマイクロストリップラインとを含み、マイクロストリップラインが、そのパッケージ基板接地平面の少なくとも一部に重なり、且つ、そのパッケージ基板接地平面から第１の距離離れた第１の部分であって、マイクロストリップラインの第１の部分が或る波長を有する放射を伝搬するためのインピーダンスを有するような寸法とされる、第１の部分と、その回路ボード接地平面の少なくとも一部に重なり、且つ、その回路ボード接地平面から第２の距離離れた第２の部分であって、第２の距離が第１の距離よりも長く、マイクロストリップラインの第２の部分が前記波長を有する放射を伝搬するためのインピーダンスを有するような寸法とされ、マイクロストリップラインの第２の部分が遷移領域内に位置する、第２の部分とを有する、複数のパッケージ基板、複数のＩＣであって、各ＩＣが、パッケージ基板のうちの少なくとも１つに固定され、そのマイクロストリップラインの第１の部分に電気的に結合される、複数のＩＣ、及び、チャネルネットワーク内に固定され、且つ、複数の端部を有する誘電性コアネットワークであって、誘電性導波路ネットワークのからの各端部が、回路ボード接地平面のうちの少なくとも１つの少なくとも一部に重なり、その遷移領域に延びる、誘電性コアネットワークを含む。

特定の実装において、誘電性導波路ネットワークは、クラッディングを有する複数の誘電性導波路をさらに含み得る。コアは第１の誘電率を有し得、クラッディングは第２の誘電率を有し得、第１の誘電率は第２の誘電率より大きくし得る。回路ボードは複数のバイアをさらに有し得、各バイアは回路ボードの第１の側と回路ボード接地平面のうちの少なくとも１つとの間に延在し、少なくとも１つのはんだボールが、少なくとも１つのバイア及び少なくとも１つのパッケージ基板接地平面に固定される。

別の態様において、装置は、第１の側と第２の側と第１の接地平面と第２の接地平面とを有する回路ボード、回路ボードの第１の側に形成され、第１の端部及び第２の端部を有するチャネルであって、チャネルの第１の端部が第１の接地平面の少なくとも一部に重なり、チャネルの第２の端部が第２の接地平面の少なくとも一部に重なる、チャネル、回路ボードの第１の側に固定される第１のパッケージ基板であって、第１のパッケージ基板が、第１の接地平面に電気的に結合される第３の接地平面と、第１及び第３の接地平面に実質的に平行な第１のマイクロストリップラインとを含み、第１のマイクロストリップラインが、第３の接地平面の少なくとも一部に重なり、且つ、第３の接地平面から第１の距離離れた第１の部分であって、第１のマイクロストリップラインの第１の部分が或る波長を有する放射を伝搬するためのインピーダンスを有するような寸法とされる、第１の部分と、第１のボード接地平面の少なくとも一部に重なり、且つ、第１の接地平面から第２の距離離れた第２の部分であって、第２の距離が第１の距離よりも長く、第１のマイクロストリップラインの第２の部分が前記波長を有する放射を伝搬するためのインピーダンスを有するような寸法とされ、第１のマイクロストリップラインの第２の部分が第１の遷移領域内に位置する、第２の部分とを有する、第１のパッケージ基板、パッケージ基板に固定され、且つ、第１のマイクロストリップラインの第１の部分に電気的に結合される第１のＩＣ、回路ボードの第１の側に固定される第２のパッケージ基板であって、第２のパッケージ基板が、第２の接地平面に電気的に結合される第４の接地平面と、第２及び第４の接地平面に実質的に平行な第２のマイクロストリップラインとを含み、第２のマイクロストリップラインが、第４の接地平面の少なくとも一部に重なり、且つ、第４の接地平面から第３の距離離れた第１の部分であって、第２のマイクロストリップラインの第１の部分が前記波長を有する放射を伝搬するためのインピーダンスを有するような寸法とされる、第１の部分と、第２の接地平面の少なくとも一部に重なり、且つ、第２の接地平面から第４の距離離れた第２の部分であって、第４の距離が第３の距離よりも長く、第２のマイクロストリップラインの第２の部分が前記波長を有する放射を伝搬するためのインピーダンスを有するような寸法とされ、第２のマイクロストリップラインの第２の部分が第２の遷移領域内に位置する、第２の部分とを有する、第２のパッケージ基板、パッケージ基板に固定され、且つ、第２のマイクロストリップラインの第１の部分に電気的に結合される第２のＩＣ、及び、第１及び第２の端部を備え、チャネルに固定される誘電性コアであって、誘電性コアの第１の端部が第１の接地平面の少なくとも一部に重なり、誘電性コアの第２の端部が第２の接地平面の少なくとも一部に重なり、誘電性コアの第１の端部が第１の遷移領域に延び、誘電性コアの第２の端部が第２の遷移領域に延び、誘電性コアが回路ボードの誘電率よりも大きい誘電率を有する、誘電性コアを含む。

別の態様において、装置は、第１の側と第２の側と第１の接地平面と第１のマイクロストリップラインとを有する回路ボードであって、第１のマイクロストリップラインが第１の接地平面と概して平行である、回路ボード、回路ボードの第１の側に形成されるチャネルであって、第１の接地平面がチャネルの少なくとも一部の下にある、チャネル、回路ボードの第１の側に固定されるパッケージ基板であって、パッケージ基板が、第１の接地平面に電気的に結合される第２の接地平面と、第１及び第２の接地平面に実質的に平行な第２のマイクロストリップラインとを含み、第２のマイクロストリップラインが、第２の接地平面の少なくとも一部に重なり、且つ、第２の接地平面から第１の距離離れた第１の部分であって、第２のマイクロストリップラインの第１の部分が或る波長を有する放射を伝搬するためのインピーダンスを有するような寸法とされる、第１の部分と、第１の接地平面の少なくとも一部に重なり、且つ、第１の接地平面から第２の距離離れた第２の部分であって、第２の距離が第１の距離よりも長く、第２のマイクロストリップラインの第２の部分が前記波長を有する放射を伝搬するためのインピーダンスを有するような寸法とされ、マイクロストリップラインの第２の部分が遷移領域内に位置し、第２のマイクロストリップラインの第２の部分が第１のマイクロストリップラインに電気的に結合される、第２の部分とを有する、パッケージ基板、パッケージ基板に固定され、且つ、第２のマイクロストリップラインの第１の部分に電気的に結合される集積回路（ＩＣ）、チャネル内に固定され、且つ、遷移領域内に位置し、且つ、第１のマイクロストリップラインに電気的に結合される金属導波路、及び、第１の接地平面の少なくとも一部に重なり、且つ、金属導波路に延び、且つ、チャネル内に固定される誘電性コアを含む。

特定の実装において、パッケージ基板は第１及び第２の側を有し得、第２のマイクロストリップラインはパッケージ基板の第１の側に形成され、ＩＣはパッケージ基板の第１の側に固定され、第１の接地平面はパッケージ基板の第２の側に形成され、パッケージ基板は、第２のマイクロストリップラインの第２の部分からパッケージ基板の第２の側まで延在するバイアをさらに含み、少なくとも１つのはんだボールがバイア及び第１のマイクロストリップラインに固定される。バイアは第１のバイアをさらに含み得、回路ボードは、第１の接地平面から回路ボードの第１の側まで延在する第２のバイアをさらに含み得、１つ又は複数のはんだボールが第２の接地平面及び第２のバイアに固定され得る。金属導波路は、第１のマイクロストリップラインと同一平面上にあり第１のマイクロストリップラインに電気的に結合される第１のプレートと、第１のプレートと同一平面上にあり第１のプレートに電気的に結合される第２のプレートと、第２のプレートと第１の接地平面との間に延在する複数の導波路バイアとをさらに含み得る。

別の態様において、装置は、第１の側と第２の側と複数の回路ボード接地平面と複数の回路ボードマイクロストリップラインとを有する回路ボード、回路ボードの第１の側に形成されるチャネルネットワークであって、各回路ボード接地平面がチャネルネットワークの少なくとも一部の下にある、チャネルネットワーク、複数のパッケージ基板であって、各パッケージ基板が回路ボードの第１の側に固定され、各々が回路ボード接地平面の少なくとも１つ及び回路ボードマイクロストリップラインの少なくとも１つとコロケートされ、各パッケージ基板が、その回路ボード接地平面に電気的に結合されるパッケージ基板接地平面と、そのパッケージ基板接地平面及びその回路ボード接地平面に実質的に平行なパッケージ基板マイクロストリップラインとを含み、パッケージ基板マイクロストリップラインが、そのパッケージ基板接地平面の少なくとも一部に重なり、且つ、そのパッケージ基板接地平面から第１の距離離れた第１の部分であって、パッケージ基板マイクロストリップラインの第１の部分が或る波長を有する放射を伝搬するためのインピーダンスを有するような寸法とされる、第１の部分と、その回路ボード接地平面の少なくとも一部に重なり、且つ、その回路ボード接地平面から第２の距離離れた第２の部分であって、第２の距離が第１の距離よりも長く、パッケージ基板マイクロストリップラインの第２の部分が前記波長を有する放射を伝搬するためのインピーダンスを有するような寸法とされ、パッケージ基板マイクロストリップラインの第２の部分が遷移領域内に位置する、第２の部分とを有する、複数のパッケージ基板、複数のＩＣであって、各ＩＣが、パッケージ基板のうちの少なくとも１つに固定され、そのマイクロストリップラインの第１の部分に電気的に結合される、複数のＩＣ、複数の金属導波路であって、各金属導波路が、チャネルネットワーク内に固定され、且つ、パッケージ基板のうちの少なくとも１つについて遷移領域内に位置し、且つ、回路ボードマイクロストリップラインのうちの少なくとも１つに電気的に結合される、複数の金属導波路、及び、チャネルネットワーク内に固定され、且つ、複数の端部を有する誘電性コアネットワークであって、誘電性導波路ネットワークからの各端部が回路ボード接地平面のうちの少なくとも１つの少なくとも一部に重なり、その金属導波路に延びる、誘導性コアネットワークを含む。

特定の実装において、誘導性導波路ネットワークは、クラッディングを有する複数の誘電性導波路をさらに含み得、コアは第１の誘電率を有し得、クラッディングは第２の誘電率を有し得、第１の誘電率は第２の誘電率より大きくし得る。各パッケージ基板は第１及び第２の側を有し得、マイクロストリップラインはパッケージ基板の第１の側に形成され得、ＩＣはパッケージ基板の第１の側に固定され得、パッケージ基板接地平面はパッケージ基板の第２の側に形成され得、各パッケージ基板は、そのパッケージ基板マイクロストリップラインの第２の部分からそのパッケージ基板の第２の側まで延在するパッケージ基板バイアをさらに含み得、１つ又は複数のはんだボールがパッケージ基板バイア及びその回路ボードマイクロストリップラインに固定され得る。

別の態様において、装置は、第１の側と第２の側と第１の接地平面と第２の接地平面と第１のマイクロストリップラインと第２のマイクロストリップラインとを有する回路ボードであって、第１及び第２のマイクロストリップラインが回路ボードの第１の側に形成され、第１のマイクロストリップラインが、第１の接地平面とコロケートされ、第１の接地平面に概して平行であり、第２のマイクロストリップラインが、第２の接地平面とコロケートされ、第２の接地平面に概して平行である、回路ボード、回路ボードの第１の側に形成され、第１の端部及び第２の端部を有するチャネルであって、チャネルの第１の端部が第１の接地平面の少なくとも一部に重なり、且つ、チャネルの第２の端部が第２の接地平面の少なくとも一部に重なる、チャネル、回路ボードの第１の側に固定される第１のパッケージ基板であって、第１のパッケージ基板が、第１の接地平面に電気的に結合される第３の接地平面と、第１及び第３の接地平面に実質的に平行な第３のマイクロストリップラインとを含み、第３のマイクロストリップラインが、第３の接地平面の少なくとも一部に重なり、且つ、第３の接地平面から第１の距離離れた第１の部分であって、第３のマイクロストリップラインの第１の部分が或る波長を有する放射を伝搬するためのインピーダンスを有するような寸法とされる、第１の部分と、第１の接地平面の少なくとも一部に重なり、且つ、第１の接地平面から第２の距離離れた第２の部分であって、第２の距離が第１の距離よりも長く、第３のマイクロストリップラインの第２の部分が前記波長を有する放射を伝搬するためのインピーダンスを有するような寸法とされ、第３のマイクロストリップラインの第２の部分が第１の遷移領域内に位置する、第２の部分とを有する、第１のパッケージ基板、パッケージ基板に固定され、且つ、第３のマイクロストリップラインの第１の部分に電気的に結合される第１のＩＣ、回路ボードの第１の側に固定される第２のパッケージ基板であって、第２のパッケージ基板が、第２の接地平面に電気的に結合される第４の接地平面と、第２及び第４の接地平面に実質的に平行な第４のマイクロストリップラインとを含み、第４のマイクロストリップラインが、第４の接地平面の少なくとも一部に重なり、且つ、第４の接地平面から第３の距離離れた第１の部分であって、第４のマイクロストリップラインの第１の部分が前記波長を有する放射を伝搬するためのインピーダンスを有するような寸法とされる、第１の部分と、第２の接地平面の少なくとも一部に重なり、且つ、第２の接地平面から第４の距離離れた第２の部分であって、第４の距離が第３の距離よりも長く、第４のマイクロストリップラインの第２の部分が前記波長を有する放射を伝搬するためのインピーダンスを有するような寸法とされ、第２のマイクロストリップラインの第２の部分が第２の遷移領域内に位置する、第２の部分とを有する、第２のパッケージ基板、パッケージ基板に固定され、且つ、第４のマイクロストリップラインの第１の部分に電気的に結合される第２のＩＣ、チャネル内に固定され、且つ、第１の遷移領域に位置し、且つ、第１のマイクロストリップラインに電気的に結合される第１の金属導波路、チャネル内に固定され、且つ、第２の遷移領域に位置し、且つ、第２のマイクロストリップラインに電気的に結合される第２の金属導波路、及び、第１及び第２の端部を備え、チャネル内に固定される誘電性コアであって、誘電性コアの第１の端部が第１の接地平面の少なくとも一部に重なり、誘電性コアの第２の端部が第２の接地平面の少なくとも一部に重なり、誘電性コアの第１の端部が第１の金属導波路に延び、誘電性コアの第２の端部が第２の金属導波路に延び、誘電性コアが回路ボードの誘電率よりも大きい誘電率を有する、誘電性コアを含む。

特定の実装において、パッケージ基板は第１及び第２の側を有し得、マイクロストリップラインはパッケージ基板の第１の側に形成され得、ＩＣはパッケージ基板の第１の側に固定され得、第１の接地平面はパッケージ基板の第２の側に形成され得、第１のパッケージ基板は、第３の基板マイクロストリップラインの第２の部分から第１のパッケージ基板の第２の側まで延在する第１のバイアをさらに含み得、１つ又は複数のはんだボールが第１のバイア及び第１のマイクロストリップラインに固定され得、第２のパッケージ基板は、第４の基板マイクロストリップラインの第２の部分から第２のパッケージ基板の第２の側まで延在する第２のバイアをさらに含み得、１つ又は複数のはんだボールが第２のバイア及び第２のマイクロストリップラインに固定され得る。また、第１及び第２の金属導波路の各々は、そのマイクロストリップラインと同一平面上にありそのマイクロストリップラインに電気的に結合される第１のプレートと、第１のプレートと同一平面上にあり第１のプレートに電気的に結合される第２のプレートと、第２のプレートとその回路ボード接地平面との間に延在する複数の導波路バイアとをさらに含み得る。

従来の相互接続システムの一例の図である。

切断線Ｉ−Ｉに沿った図１の相互接続システムの断面図である。

本発明に従った相互接続システムの一例の図である。

切断線ＩＩ−ＩＩに沿った、図３の相互接続システムの例示断面図である。

図３及び図４のマイクロストリップラインに関する配置例を示す等角図である。 切断線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った、図３の相互接続システムの例示断面図である。

本発明に従った相互接続システムの一例の図である。

切断線ＩＶ−ＩＶに沿った、図７の相互接続システムの例示断面図である。

本発明に従った相互接続システムの一例の図である。

切断線ＶＩ−ＶＩに沿った、図９の相互接続システムの例示断面図である。

それぞれ、切断線Ｖ−Ｖ及びＶＩＩ−ＶＩＩに沿った、図７の相互接続システムの例示断面図である。

図１０及び図１１の金属導波路の等角図である。

図３〜図６を参照すると、本発明に従った相互接続システム２００−Ａの例を見ることができる。この例示のシステム２００−Ａにおいて、回路アセンブリ２０６−Ａ１及び２０６−Ａ２は、ＰＣＢ２０２−Ａに固定（すなわち接着）される誘電性導波路２０４−Ａを介して互いに通信可能である。回路アセンブリ２０６−１及び２０６−２は、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）又ははんだボール（破線で示される）を介してパッケージ基板３０４−Ａ（これは例えばＰＣＢであり得る）に固定されるＩＣ３０２−Ａで形成され得る。パッケージ基板３０４−Ａは、ＢＧＡ又ははんだボール（すなわちはんだボール３０１−Ａ）を用いてＰＣＢ２０２−Ａに固定され得、これによってＩＣ３０２−Ａが少なくとも１つのはんだボールに電気的に結合され得る。回路アセンブリ２０６−１及び２０６−２のための付加的な機械的支持を提供するために、パッケージ基板３０４−ＡとＰＣＢ２０２−Ａとの間にアンダーフィル層３０３−Ａを含めることも可能である。パッケージ基板３０４−ＡとＰＣＢ２０２−Ａとは、例えば約０．２５ｍｍ分離され得る。誘電性導波路システムの他の例は、２０１０年９月２１日出願の同時係属中の米国特許出願、出願番号１２／８８７，２７０、発明の名称「高速デジタル相互接続及び方法」、及び、２０１０年９月２１日出願の同時係属中の米国特許出願、出願番号１２／８８７，３２３、発明の名称「サブミリ波通信リンクのためのチップ−誘電性導波路インターフェース」で見ることができる。同時係属中の各出願は、すべての目的のため参照により本書に組み込まれている。
米国特許出願番号１２／８８７，２７０ 米国特許出願番号１２／８８７，３２３

チップ間リンクを提供するために、パッケージ基板３０４−Ａ及びＰＣＢ２０２−Ａはアンテナシステムを含む。この例のアンテナシステム（回路アセンブリ２０６−Ａ１を示す）は概して、マイクロストリップライン（これは、パッケージ基板３０４−Ａと統合される導電層である）、接地平面３０６−Ａ（これは、パッケージ基板３０４−Ａと統合される導電層である）、及び接地平面３０８−Ａ（これは、パッケージ基板３０８−Ａと統合される導電層である）を含む。接地平面３０８−Ａは、図示されるように及び例として、はんだボール３０１−Ａ（これは、接地平面３０６−Ａ及び３０８−Ａを共に電気的に結合可能にし得る）を介して接地平面３０６−Ａに結合される。この例に示されるように、誘電性導波路２０４−Ａは、回路アセンブリ２０６−Ａ１及び２０６−Ａ２と同じ側又は表面に固定され、コア３１０−Ａの一部が接地平面３０８−Ａとマイクロストリップライン２０８−Ａ１の一部との間に位置する遷移領域３１４−Ａに延びる。典型的に、マイクロストリップライン２０８−Ａ１（これは、パッケージ基板３０４−Ａを介してＩＣ３０２−Ａに電気的に結合される）は、サブミリメートル（すなわち、約０．５ｍｍから約１ｍｍの間又は約１ｍｍ未満の波長）又はテラヘルツ放射（すなわち、約１００ＧＨｚから約１ＴＨｚの間）を伝送するような寸法とされる。この例の場合、マイクロストリップライン２０８−Ａ１は、ＲＦ又はワイヤレス信号を誘電性導波路２０４−Ａに伝送できるようにするために遷移領域３１４−Ａに境界を備える、２つの部分を有する。マイクロストリップライン２０８−Ａ１の１つの部分（これは、ＩＣ３０２−Ａから遷移領域３１４−Ａまで延びているように示される）は接地平面３０６−Ａ１と概して平行であり、パッケージ基板３０４−Ａ内のマイクロストリップライン２０８−Ａ１と接地平面３０６−Ａ１との間に電界を延在させることができる。マイクロストリップライン２０８−Ａ１と接地平面３０６−Ａ１との間は比較的短い距離であるため、マイクロストリップライン２０８−Ａ１のこの部分は、所望のインピーダンス（すなわち約５０Ω）を達成するように狭くし得る。遷移領域では、マイクロストリップライン２０８−Ａ１とその接地平面（これは接地平面３０８−Ａである）の間の分離に段階的増加が存在する。増加により、マイクロストリップライン２０８−Ａ１のこの部分は、整合インピーダンス（すなわち約５０Ω）を有するようにより広い。ＲＦ信号は、これによって回路アセンブリ２０６−Ａ１及び２０６−Ａ２から直接伝搬され得る。遷移領域３１４−Ａの境界が急峻であるため、ほとんどの問題（すなわち反射）は、ＩＣ３０２−Ａ内の信号処理（すなわち予歪）の使用に対して補償され得るか又はその使用によってフィルタリングされ得る。

マイクロストリップライン２０８−Ａ１は他の形状も有し得る。図５では、マイクロストリップライン２０８−Ａ１に関する例示の構成が見られる。この構成の場合、マイクロストリップライン２０８−Ａ１は２つの部分２０９及び２１１を有する。図示されるように、部分２０９はＩＣ３０２−Ａに電気的に結合されるフィードラインとして機能可能であり、部分２１１は部分２０９の幅から広がる。この広がりはテーパを用いて達成され得るが、図示されるように、部分２０９に電気的に結合される部分２１１の端部は丸くなっている。

さらに効率を改善するために、誘電性導波路２０４−Ａ及びＰＣＢ２０２−Ａは適切に構成され得る。典型的に及びこの例に示されるように、コア３１０−Ａ（これは、例えば、ポリアミド、ポリエステル（polyster）、ロジャース・コーポレーションからのＲＯ３００６（商標）又はＲＯ３０１０（商標）で形成され得、例えば約０．５ｍｍの高さを有し得る）は、残りのコア３１０−Ａを実質的に取り囲むクラッディング３１２−Ａで、ＰＣＢ２０２−Ａ（これは、例えば、ロジャース・コーポレーションからのＲＯ３００３（商標）で形成され得る）に固定される。クラッディング３１２−Ａ及びＰＣＢ２０２−Ａはいずれもコア３１０−Ａよりも低い誘電率を有し、クラッディング３１２−ＡはＰＣＢ２０２−Ａと同じか又は同様の誘電率を有し得る。これにより、電界を閉じ込められたコア３１０−Ａにし得る。また、誘電性導波路２０４−Ａは、アンテナシステムから発せられる放射の波長に対応するような寸法とされ得る（すなわちサブミリ波長）。

代替として、図７〜図１２に示すように、誘電性導波路３１２−Ｂ、Ｃは、ＰＣＢ２０２−Ｂ、Ｃと統合され得る。これらの例では、チャネルがＰＣＢ２０２−Ｂ、Ｃ内で配路され得、誘電性導波路２０４−Ｂ、Ｃは、チャネル内でＰＣＢ２０２−Ｂ、Ｃに固定され得る。図示されるように及びコア３１０−Ａと同様に、コア３１０−Ｂ、Ｃは遷移領域３１４−Ｂ、Ｃに延びる。ＰＣＢ２０２−Ｂ、Ｃは、図１１の例に示されるようにクラッディング３１２−Ｂ、Ｃとしても用いられ得るが、代替として、クラッディング材料がチャネル内に含められ得る。加えて、ＰＣＢ２０２−Ｂ、Ｃの上方に延びるクラッディング３１２−Ｂ、Ｃの一部（これは破線で表示される）は省かれ得る。チャネルに固定されるコア３１０−Ｂ、Ｃの端部は、（例えば図８に示されるように）テーパされるか、又は（例えば図１０に示されるように）「矩形」にすることも可能である。テーパされる場合、例えば、段の深さは約５ミルずつ増分され得る。

図７及び図８において、アンテナシステム及び遷移領域３１４−Ｂに関する構成の一例（システム２００−Ｂ）が見られる。回路アセンブリ２０６−Ｂ１（例えば）用のアンテナシステムは、概して、マイクロストリップライン２０８−Ｂ１（これは、パッケージ基板３０４−Ｂ内に位置し、ＩＣ３０２−Ｂに電気的に結合される）及び接地平面３０６−Ｂ（これは、パッケージ基板３０４−Ｂ内に位置し、マイクロストリップライン２０８−Ｂ１の一部と概して平行であり、マイクロストリップライン２０８−Ｂ１の一部から離れている）で構成される。例えば、マイクロストリップライン２０８−Ｂ１の一部（これは、ＩＣ３０２−Ｂから遷移領域３１４−Ｂとの境界まで延在しているように示される）と接地平面３０６−Ｂは、約０．２ｍｍ離され得る。接地平面３０８−Ｂ（これは、図示されるように及び例として、ＰＣＢ２０２−Ｂ内に位置する）は、遷移領域３１４−Ｂ内のマイクロストリップライン２０８−Ｂ１の一部と平行であり、遷移領域３１４−Ｂ内のマイクロストリップライン２０８−Ｂ１の一部から離れている。また、マイクロストリップライン２０８−Ｂ１との間の距離は、例えば、接地平面３０８−Ｂから約１ｍｍ離され得る。この構成を有することにより、マイクロストリップライン２０８−Ｂ１の幅、及びマイクロストリップライン２０８−Ｂ１と接地平面３０８−Ｂとの間の距離は、所望のインピーダンス（すなわち約５０Ω）を提供するような寸法とされ得る。典型的に、この例の場合、マイクロストリップライン２０８−Ｂ１の一部は概して矩形であり、遷移領域内の部分はより広くなっている。例えば、幅は約５０Ωの所望のインピーダンスを達成するような幅を有し得る。この例に示されるように、接地平面３０８−Ｂが接地平面３０６−Ｂに電気的に（すなわち、はんだボール３０１−Ｂを介して）結合され得るように、接地平面３０８−Ｂの一方の側から延びるバイア３１６も存在する。

図９及び図１０において、アンテナシステム及び遷移領域３１４−Ｃに関する別の構成例（システム２００−Ｃ）が見られる。回路アセンブリ２０６−Ｃ１（例えば）用のアンテナシステムは、概して、マイクロストリップライン２０８−Ｃ１（これは、パッケージ基板３０４−Ｃ内に位置し、ＩＣ３０２−Ｂに電気的に結合される）、マイクロストリップライン３２０−１（これはＰＣＢ２０２−Ｃ内に位置する）、接地平面３０６−Ｃ（これは、パッケージ基板３０４−Ｃ内に位置し、マイクロストリップライン２０８−Ｃ１の一部に概して平行である）、及びバイア３１８（これは、パッケージ基板３０４−Ｃの一方の側とマイクロストリップライン２０８−Ｃ１との間に延在し、マイクロストリップライン２０８−Ｃ１がはんだボール３０１−Ｃ”を介してマイクロストリップライン３２０−１に電気的に結合され得るようにする）で構成される。例えば、マイクロストリップライン２０８−Ｃ１の一部（これは、ＩＣ３０２−Ｃから遷移領域３１４−Ｃとの境界まで延在しているように示される）と接地平面３０６−Ｃとは、約０．２ｍｍ離され得る。接地平面３０８−Ｂ（これは、図示されるように及び例として、ＰＣＢ２０２−Ｂ内に位置する）は、遷移領域３１４−Ｃ内のマイクロストリップライン２０８−Ｃ１の一部と平行であり、遷移領域３１４−Ｃ内のマイクロストリップライン２０８−Ｃ１の一部から離れている。また、マイクロストリップライン２０８−Ｂ１との間の距離は、例えば、接地平面３０８−Ｂから約１ｍｍ離され得る。この構成を有することにより、マイクロストリップライン２０８−Ｃ１の幅、及びマイクロストリップライン２０８−Ｂ１と接地平面３０６−Ｃとの間の距離は、所望のインピーダンス（すなわち約５０Ω）を提供するような寸法とされ得る。典型的に、この例の場合、マイクロストリップライン２０８−Ｃ１の一部（これは、ＩＣ３０２−Ｃから遷移領域３１４−Ｃまで延在しているように示される）は、所望のインピーダンス（すなわち約５０Ω）を提供するような寸法とされた幅（すなわち約２５μｍ）を有し、別の部分（これは、遷移領域３１４−Ｃの境界からパッケージ基板３０４−Ｃの端部まで延在しているように示される）は、マイクロストリップライン３２０−１（これは、この放射を伝搬するような寸法ともされる）と接地平面３０８−Ｂとの間の領域への遷移を可能にするような寸法とされる。典型的に、ＩＣ３０２−Ｃから遷移領域３１４−Ｃまで延在しているように示されるマイクロストリップライン２０８−Ｃ１の部分は、遷移領域３１４−Ｃの境界からパッケージ基板３０４−Ｃの端部まで延在しているように示されるマイクロストリップライン２０８−Ｃ１の部分よりも概して広い。この例に示されるように、接地平面３０８−Ｃが接地平面３０６−Ｃに電気的に（すなわち、はんだボール３０１−Ｃ’を介して）結合され得るように、接地平面３０８−Ｂの一方の側から延びるバイア３１６も存在する。

遷移領域３１４−Ｃの一部として、誘電性導波路２０４−Ｃのコア３１０−Ｃが延在する金属導波路３２２も存在し、金属導波路３２２の例が図１２に示されている。誘電性導波路２０４−Ｃとの所望の結合（システム２００−Ｂのいずれかに関して）を達成するために、金属導波路３２２は、プレート４０２及び４０４、接地平面３０８−Ｃ、及びバイア４０８で形成され得る。この例に示されるように、プレート４０４（これは、例えば、銅で形成され得、マイクロストリップライン３２０−１に電気的に結合される）は、狭部及びテーパされた部分を含み、プレート４０２（これは例えば銅で形成され得る）に概して平行である。プレート４０４の狭部は、所望のインピーダンスを達成するように（すなわち、システム２００−Ｃのアンテナシステムからのインピーダンスと合致するように）選択される。また、プレート４０２は概して、プレート４０４と同一平面上にあり得プレート４０４に電気的に結合され得る。加えて、バイア４０８はこの例では、プレート４０２及び４０４並びに接地平面３０８−Ｃが共に電気的に結合されるように、プレート４０２と接地平面３０８−Ｃとの間に延在するように示されている。また、バイア４０８は、誘電性導波路２０４−Ｃが金属導波路３２２に延び得るように離間される。また、誘電性導波路２０４−Ｃの端部の形状は、遷移領域３１４−Ｃの特性に影響を与え得、この例において、誘電性導波路の端部（これは金属導波路３２２に延びる）はテーパされる。しかしながら、他の形状も可能である。

当業者であれば、本発明の特許請求の範囲内で、多くの改変が実行可能であること、及び多くの他の実施形態が可能であることを理解されよう。

Claims (12)

1. 第１の幅を有する第１の部分と前記第１の幅よりも大きい第２の幅を有する第２の部分とを有する導電性材料のマイクロストリップラインと、
   前記マイクロストリップラインの前記第１の部分に電気的に結合される集積回路と、
   前記集積回路の下方の導電性材料の第１の接地平面であって、前記マイクロストリップラインの下方に第１の距離で、前記集積回路の下方から延びて前記マイクロストリップラインの第１の部分の下方にあり、前記マイクロストリップラインの第２の部分の下方にない、前記第１の接地平面と、
   前記第１の接地平面に電気的に結合される第２の接地平面であって、前記マイクロストリップラインの下方に前記第１の距離よりも大きい第２の距離で、前記マイクロストリップラインの第２の部分の下方に、そして前記第２の部分を越えて延びる、前記第２の接地平面と、
   頂部表面を有するベース基板と、
   誘電性コアと前記誘電性コアの周りの誘電性クラッディングとを有する誘電性導波管であって、前記誘電性コアが、前記基板の頂部表面上に形成される１つの表面を有し、前記誘電性コアの第１の端部が、前記第２の接地平面の上方で前記マイクロストリップラインの第２の部分に結合される、前記誘電性導波管と、
   を含む、アセンブリ。
2. 請求項１に記載のアセンブリであって、
   前記集積回路と前記マイクロストリップラインとを支えるパッケージ基板を更に含む、アセンブリ。
3. 請求項１に記載のアセンブリであって、
   前記第１の接地平面を前記第２の接地平面に結合するはんだボールを更に含む、アセンブリ。
4. 請求項１に記載のアセンブリであって、
   前記誘電性コアが第１の誘電率を有し、前記ベース基板が前記第１の誘電率よりも低い第２の誘電率を有し、前記誘電性クラッディングが前記第１の誘電率よりも低い第３の誘電率を有する、アセンブリ。
5. 請求項１に記載のアセンブリであって、
   前記誘電性コアが第１の誘電率を有し、前記ベース基板が前記第１の誘電率よりも低い第２の誘電率を有し、前記誘電性クラッディングが前記第２の誘電率と等しい第３の誘電率を有する、アセンブリ。
6. 請求項１に記載のアセンブリであって、
   前記マイクロストリップラインが、前記第１の部分と前記第２の部分とを繋ぐ第３の部分を含み、前記第３の部分が、前記第１の部分から前記第２の部分に向けて幅広となる、アセンブリ。
7. 請求項１に記載のアセンブリであって、
   前記マイクロストリップラインが、前記第１の部分と前記第２の部分とを繋ぐ第３の部分を含み、前記第３の部分が、前記第１の部分から前記第２の部分に向けて幅広となって丸くなる、アセンブリ。
8. 請求項１に記載のアセンブリであって、
   前記誘電性コアが、断面において概して長方形であり、前記ベース基板に取り付けられる１つの平面の側と他の３つの側上のクラッディングとを有する、アセンブリ。
9. 請求項１に記載のアセンブリであって、
   前記第１及び第２の距離が、前記マイクロストリップラインの第１及び第２の部分のそれぞれに対して約５０オームのマッチングインピーダンスを示す、アセンブリ。
10. 請求項１に記載のアセンブリであって、
    前記ベース基板が印刷回路板である、アセンブリ。
11. 請求項１に記載のアセンブリであって、
    前記第２の接地平面が前記集積回路と前記第１の接地平面と前記誘電性導波管との下方に延びる、アセンブリ。
12. 請求項１に記載のアセンブリであって、
    別のマイクロストリップラインと前記別のマイクロストリップラインに結合される別の集積回路とを更に含み、
    前記誘電性導波管が、前記別のマイクロストリップラインに結合される他の端部を有する、アセンブリ。

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