JP6473296B2 - 高周波回路及び発振器 - Google Patents

Description

本発明は、高周波信号を処理する高周波回路、及び高周波回路により構成される発振器に関する。

マイクロ波帯やミリ波帯の高周波信号を発生するデバイスとして、ガンダイオードが知られている。例えば、特許文献１には、高い周波数において良好な特性を得るために、半導体素子の裏面にバンプを形成し、導電性接着剤等を用いて、ワイヤボンディングをすることなく、実装基板に半導体素子を直接実装することができるフリップチップ型の３端子のガンダイオードが開示されている。

図７は、３端子のフリップチップ型ガンダイオードを基板に実装するための高周波回路６００を示す図である。高周波回路６００は、基板１と、基板１に実装されたダイオード２から構成されている。基板１は、接地電極５０と、マイクロストリップライン５１と、レゾネータ５２と、導体部５３と、導体部５４と、ビア６１と、ビア６２を有する。

ダイオード２は、アノードバンプ２１と、カソードバンプ２２と、アノードバンプ２３とを有する。アノードバンプ２１は導体部５３に接続され、カソードバンプ２２はマイクロストリップライン５１に接続され、アノードバンプ２３は導体部５４に接続されている。

導体部５３と接地電極５０とはビア６１により接続され、導体部５４と接地電極５０とはビア６２により接続されている。すなわち、アノードバンプ２１は、ビア６１を介して接地電極５０と接続され、アノードバンプ２３は、ビア６２を介して接地電極５０と接続されている。

特開２００７−１７３２９９号公報

従来の高周波回路６００においては、ダイオード２のカソードバンプ２２がマイクロストリップライン５１に接続され、アノードバンプ２１及びアノードバンプ２３が、それぞれビア６１及びビア６２を介して、基板１の裏面の接地電極５０に接続されていた。ところが、アノードバンプ２１及びアノードバンプ２３が、ビア６１及びビア６２を介して接地電極５０に接続されると、ビア６１及びビア６２がスタブとして作用してしまい、発振周波数のばらつきの一因となっていた。また、基板１にビア６１及びビア６２を形成すると、コストが高くなるという問題もあった。

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、３端子のフリップチップ型ダイオードを用いた高周波回路の特性を改善することを目的とする。

本発明の第１の態様においては、スロットラインと、前記スロットラインと交差して設けられたダイオードと、を備える高周波回路であって、前記スロットラインは、第１ライン部と第２ライン部と、前記第１ライン部の端部と前記第２ライン部における前記第１ライン部の端部に近い端部とを結ぶ直線に対して突出した形状を有し、第１の端部が前記第１ライン部に接続され、第２の端部が前記第２ライン部に接続された突出部と、を有し、前記ダイオードは、第１アノード端子と、第２アノード端子と、前記第１アノード端子及び前記第２アノード端子の間のカソード端子とを有し、前記第１アノード端子及び前記第２アノード端子と、前記カソード端子とが、前記スロットラインに対して、それぞれ反対の領域に固定されている、高周波回路を提供する。前記突出部は、所定の曲率半径を有する曲線を含んで構成されていてもよい。

前記第１ライン部及び前記第２ライン部が、前記第１ライン部及び前記第２ライン部の方向に直交する方向において離れた位置に形成されていてもよい。この場合において、前記第１ライン部に接続された第１突出部と、前記第１突出部及び前記第２ライン部に接続された第２突出部と、を備え、前記第１突出部の内側に前記第１アノード端子が固定され、前記第２突出部の内側に前記カソード端子が固定されていてもよい。

また、上記の高周波回路は、前記第１ライン部に接続された第１突出部と前記第１突出部に接続された第２突出部と、前記第２突出部と前記第２ライン部とに接続された第３突出部と、を備え、前記第１突出部及び前記第３突出部は、前記第１ライン部及び前記第２ライン部に対して同じ側に突出しており、前記第２突出部は、前記第１ライン部及び前記第２ライン部に対して、前記第１突出部及び前記第３突出部と反対側に突出しており、前記第１アノード端子は、前記第１突出部の内側に固定され、前記カソード端子は、前記第２突出部の内側に固定され、前記第２アノード端子は、前記第３突出部の内側に固定されていてもよい。

本発明の第２の態様においては、基板と、前記基板に設けられた導体部と、前記導体部に形成されたループ状の前記スロットラインと、上記の複数の高周波回路と、前記スロットラインと交差する２つのマイクロストリップラインと、を備える発振器を提供する。

本発明によれば、３端子のフリップチップ型ダイオードを用いた高周波回路の特性を改善することができるという効果を奏する。

第１の実施形態に係る高周波回路の構成を示す図である。 図１に示した高周波回路の構成を含む発振器の構成を示す図である。 第２の実施形態に係る高周波回路の構成を示す図である。 第３の実施形態に係る高周波回路の構成を示す図である。 第４の実施形態に係る高周波回路の構成を示す図である。 第５の実施形態に係る高周波回路の構成を示す図である。 従来の高周波回路の構成を示す図である。

＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態に係る高周波回路１００の構成を示す図である。図１（ａ）は、高周波回路１００の平面透視図である。図１（ｂ）は、高周波回路１００のＡ−Ａ線断面図である。図１（ｃ）は、高周波回路１００の等価回路図である。

高周波回路１００は、基板１と、基板１に実装されたダイオード２とを備える。基板１は、表面に導体が設けられている。基板１に設けられた導体の一部がエッチング等により除去されることで、スロットライン３０が形成され、導体は、導体部１１及び導体部１２に分割されている。

ダイオード２は、３端子のガンダイオードである。ダイオード２は、アノードバンプ２１と、カソードバンプ２２と、アノードバンプ２３とを有する。図１（ｃ）に示すように、ダイオード２は、複数のダイオードを有しており、第１のダイオード及び第２のダイオードのアノード端子がアノードバンプ２１及びアノードバンプ２３に接続され、第１のダイオード及び第２のダイオードのカソード端子がカソードバンプ２２に接続されている。

スロットライン３０は、ライン部３１、ライン部３２及び突出部３３から構成される。図１において、ライン部３１及びライン部３２は、直線状に形成されている。ライン部３１及びライン部３２の形状は、直線状に限るものではなく、任意の形状であってよい。例えば、ライン部３１及びライン部３２は、円周の一部であってもよい。

突出部３３は、ライン部３１の右側の端部とライン部３２におけるライン部３１の右側の端部に近い左側の端部とを結ぶ直線に対して突出した形状を有する。突出部３３は、一端がライン部３１に接続され、他端がライン部３２に接続されている。具体的には、突出部３３は、ライン部３１の右端とライン部３２の左端との間に形成されており、ライン部３１及びライン部３２を結ぶ直線に対して、アノードバンプ２１、カソードバンプ２２及びアノードバンプ２３が実装されている側に突出している。より具体的には、突出部３３は、ライン部３１の右端から、ライン部３１と直交する方向に延伸した第１部分と、ライン部３２の左端から、ライン部３２と直交する方向に延伸した第２部分と、第１部分と第２部分とを結ぶ、ライン部３１及びライン部３２と平行な第３部分とから構成されている。

突出部３３を構成するスロットラインの幅は、アノードバンプ２１とカソードバンプ２２との間の距離、及びカソードバンプ２２とアノードバンプ２３との間の距離よりも小さい。また、突出部３３の第１部分及び第２部分の長さは、アノードバンプ２１、カソードバンプ２２及びアノードバンプ２３における、ライン部３１と直交する方向の幅よりも大きい。

ダイオード２は、アノードバンプ２１、カソードバンプ２２及びアノードバンプ２３を結ぶ直線が、ライン部３１及びライン部３２の方向と平行になる向きに実装されている。ダイオード２は、アノードバンプ２１及びアノードバンプ２３と、カソードバンプ２２とが、スロットライン３０に対して、それぞれ反対の領域に固定されている。すなわち、カソードバンプ２２は、突出部３３により囲まれた領域において導体部１２に接続されており、アノードバンプ２１及びアノードバンプ２３は、導体部１１に接続されている。

上記の構成を有することで、導体部１２を接地した状態で導体部１１に所定のバイアス電圧を印加すると、ダイオード２は発振を開始する。

図２は、図１に示した高周波回路１００の構成を含む発振器１０００の構成を示す図である。図２（ａ）は、発振器１０００の平面図であり、図２（ｂ）は、Ａ−Ａ線断面図である。

発振器１０００には、円形のスロットライン３０が形成されており、導体部１１と導体部１２とに分割されている。スロットライン３０における対向する２箇所には、突出部３３が形成されている。突出部３３が形成された位置に、ダイオード２が実装されている。

スロットライン３０の周長は、発振器１０００の発振周波数における波長にほぼ等しい長さである。突出部３３の長さは、スロットライン３０の周長の１０分の１以下であることが好ましい。導体部１１にバイアス電圧を印加すると、複数のダイオード２が発振を開始し、発振信号がマイクロストリップライン４１及びマイクロストリップライン４２から出力される。

以上のとおり、本実施形態に係る高周波回路１００は、スロットライン３０に突出部３３が形成されており、ライン部３１及びライン部３２と、突出部３３とが、スロットライン３０に対して、それぞれ反対の領域に固定されている。このような構成により、ビアホールを用いることなく、３端子型のガンダイオードをスロットラインに実装できるので、発振器の特性を向上させるとともに、コストを低減させることが可能になる。

＜第２の実施形態＞
図３は、第２の実施形態に係る高周波回路２００の構成を示す図である。高周波回路２００は、第１の実施形態に係る高周波回路１００における突出部３３の代わりに、突出部３４が設けられている点で高周波回路１００と異なり、他の点で同じである。以下、第１の実施形態と異なる点について説明する。

突出部３４は、所定の曲率半径を有する曲線を含んで構成されている。具体的には、図３に示す突出部３４は、ライン部３１の端部とライン部３２の端部とを結ぶ線分の長さを直径とする半円状に形成されている。突出部３４は、例えば、直径がカソードバンプ２２の直径よりも大きい円の一部と同じ形状である。ライン部３１の一端に突出部３４の一端が接続され、突出部３４の他端にライン部３２の一端が接続されている。

図１に示した突出部３３は、複数の直線により構成されていたため、電界が特定の位置に集中する傾向があるのに対して、図３に示す突出部３４は、曲線を含んで構成されていることにより、電界が特定の位置に集中しない。したがって、電界の不連続性を低減することができる。その結果、図２に示した発振器１０００に高周波回路２００を適用すると、高周波数帯においても、集中定数を有するデバイスとしてダイオード２を扱うことができる。

＜第３の実施形態＞
図４は、第３の実施形態に係る高周波回路３００の構成を示す図である。高周波回路３００は、第１の実施形態における突出部３３、第２の実施形態における突出部３４の代わりに、半円状の突出部３５、突出部３６及び突出部３７が形成されている点で異なり、他の点で同じである。

高周波回路３００においては、ライン部３１の一端に突出部３５の一端が接続されており、突出部３５の他端に突出部３６の一端が接続されており、突出部３６の他端に突出部３７の一端が接続されており、突出部３７の他端にライン部３２の一端が接続されている。すなわち、突出部３６は、ライン部３１及びライン部３２の間において、突出部３５と突出部３７とに接続されている。

突出部３５及び突出部３７は、ライン部３１及びライン部３２を結ぶ直線に対して同じ側に突出している。突出部３６は、ライン部３１及びライン部３２を結ぶ直線に対して、突出部３５及び突出部３７と反対側に突出している。

アノードバンプ２１は、突出部３５の内側に固定され、カソードバンプ２２は、突出部３６の内側に固定され、アノードバンプ２３は、突出部３７の内側に固定されている。その結果、アノードバンプ２１及びアノードバンプ２３は、導体部１１に接続されており、カソードバンプ２２は、導体部１２に接続されている。

このように、高周波回路３００は、アノードバンプ２１、カソードバンプ２２及びアノードバンプ２３が、半円状の突出部３５、突出部３６及び突出部３７に囲まれている。したがって、第２の実施形態に係る高周波回路２００よりも、さらに電界の集中及び不連続性を低減することができる。

＜第４の実施形態＞
図５は、第４の実施形態に係る高周波回路４００の構成を示す図である。高周波回路４００は、ライン部３１及びライン部３２が、ライン部３１及びライン部３２の方向に直交する方向において離れた位置に形成されている点で、上記の各実施形態と異なる。

スロットライン３０は、ライン部３１とライン部３２との間に、互いに逆向きに突出した突出部３８及び突出部３９を有する。ライン部３１の一端に突出部３８の一端が接続されており、突出部３８の他端に突出部３９の一端が接続されており、突出部３９の一端にライン部３２の一端が接続されている。突出部３８及び突出部３９は半円状であり、アノードバンプ２１は、突出部３８の内側に固定されており、カソードバンプ２２は、突出部３９の内側に固定されている。

このように、高周波回路４００においては、直線状のライン部３１とライン部３２との間に、２個の半円状のスロットラインが形成されているので、スロットラインにエッジが存在しない。したがって、第３の実施形態に係る高周波回路３００よりも、さらに電界の集中及び不連続性を低減することができる。

＜第５の実施形態＞
図６は、第５の実施形態に係る高周波回路５００の構成を示す図である。高周波回路５００においては、互いに平行に形成されたライン部３１及びライン部３２の間に突出部４０が形成されている。ライン部３１、ライン部３２及び突出部４０に囲まれた領域に、カソードバンプ２２が固定されている。ライン部３１、ライン部３２及び突出部４０に対して、カソードバンプ２２が固定された領域と反対の領域に、アノードバンプ２１及びアノードバンプ２３が固定されている。

高周波回路５００においても、第４の実施形態に係る高周波回路４００と同様に、スロットラインにエッジが存在しないので、電界の集中及び不連続性を低減することができる。また、高周波回路５００においては、平行に形成されたライン部３１及びライン部３２の端部に突出部４０が形成されている。したがって、ライン部３１及びライン部３２により延伸されたループ状のスロットラインの端部にダイオード２を設けることが可能になる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

例えば、上記の実施形態に係る高周波回路が用いられる例として、図２に示した発振器１０００のみを示したが、上記の実施形態に係る高周波回路は、発振器１０００以外の多様な発振器に適用することができる。

１・・・基板、２・・・ダイオード、１１・・・導体部、１２・・・導体部、２１・・・アノードバンプ、２２・・・カソードバンプ、２３・・・アノードバンプ、３０・・・スロットライン、３１・・・ライン部、３２・・・ライン部、３３・・・突出部、３４・・・突出部、３５・・・突出部、３６・・・突出部、３７・・・突出部、３８・・・突出部、３９・・・突出部、４０・・・突出部、４１・・・マイクロストリップライン、４２・・・マイクロストリップライン、５０・・・接地電極、５１・・・マイクロストリップライン、５２・・・レゾネータ、５３・・・導体部、５４・・・導体部、６１・・・ビア、６２・・・ビア、１００・・・高周波回路、２００・・・高周波回路、３００・・・高周波回路、４００・・・高周波回路、５００・・・高周波回路、６００・・・高周波回路、１０００・・・発振器

Claims (2)

1. 基板と、
   前記基板に設けられた導体部と、
   前記導体部に形成されたループの形状のスロットラインと、
   前記スロットラインの前記ループにおける対向する複数の位置において前記スロットラインと交差して設けられた第１ダイオード及び第２ダイオードとを備える高周波回路と、
   前記スロットラインと交差する２つのマイクロストリップラインと、
   を備え、
   前記スロットラインは、
   第１ライン部と
   第２ライン部と、
   前記第１ライン部の第１１端部と前記第２ライン部における前記第１ライン部の前記第１１端部に近い第２１端部とを結ぶ直線に対して突出する曲線形状の領域を有し、第１の端部が前記第１ライン部の前記第１１端部に接続され、第２の端部が前記第２ライン部の前記第２１端部に接続された第１突出部と、
   前記第１ライン部の第１１端部と反対側の第１２端部と前記第２ライン部における前記第２１端部と反対側の第２２端部とを結ぶ直線に対して突出する曲線形状の領域を有し、第１の端部が前記第１ライン部の前記第１２端部に接続され、第２の端部が前記第２ライン部の前記第２２端部に接続された第２突出部と、
   を有し、
   前記第１ダイオードは、第１１アノード端子と、第１２アノード端子と、前記第１１アノード端子及び前記第１２アノード端子の間の第１カソード端子であって、前記第１突出部の内側に設けられた第１カソード端子とを有し、
   前記第２ダイオードは、第２１アノード端子と、第２２アノード端子と、前記第２１アノード端子及び前記第２２アノード端子の間の第２カソード端子であって、前記第２突出部の内側に設けられた第２カソード端子とを有し、
   前記第１１アノード端子及び前記第１２アノード端子と、前記第１カソード端子とが、前記スロットラインに対して、それぞれ反対の領域に固定されており、かつ前記第２１アノード端子及び前記第２２アノード端子と、前記第２カソード端子とが、前記スロットラインに対して、それぞれ反対の領域に固定されている、
   発振器。
2. 基板と、
   前記基板に設けられた導体部と、
   前記導体部に形成されたループの形状のスロットラインと、
   前記スロットラインの前記ループにおける対向する複数の位置において前記スロットラインと交差して設けられた第１ダイオード及び第２ダイオードとを備える高周波回路と、
   前記スロットラインと交差する２つのマイクロストリップラインと、
   を備え、
   前記スロットラインは、
   第１ライン部と
   第２ライン部と、
   前記第１ライン部の第１１端部と前記第２ライン部における前記第１ライン部の前記第１１端部に近い第２１端部とを結ぶ直線に対して突出する曲線形状の領域を有し、第１の端部が前記第１ライン部の前記第１１端部に接続され、第２の端部が前記第２ライン部の前記第２１端部に接続された第１突出部と、
   前記第１ライン部の第１１端部と反対側の第１２端部と前記第２ライン部における前記第２１端部と反対側の第２２端部とを結ぶ直線に対して突出する曲線形状の領域を有し、第１の端部が前記第１ライン部の前記第１２端部に接続され、第２の端部が前記第２ライン部の前記第２２端部に接続された第２突出部と、
   を有し、
   前記第１ダイオードは、第１１アノード端子と、第１２アノード端子と、前記第１１アノード端子及び前記第１２アノード端子の間の第１カソード端子とを有し、
   前記第２ダイオードは、第２１アノード端子と、第２２アノード端子と、前記第２１アノード端子及び前記第２２アノード端子の間の第２カソード端子とを有し、
   前記第１１アノード端子及び前記第１２アノード端子と、前記第１カソード端子とが、前記スロットラインに対して、それぞれ反対の領域に固定されており、かつ前記第２１アノード端子及び前記第２２アノード端子と、前記第２カソード端子とが、前記スロットラインに対して、それぞれ反対の領域に固定されており、
   前記第１突出部は、前記第１１アノード端子を囲む第１１突出部と、前記第１カソード端子を囲む第１２突出部と、前記第１２アノード端子を囲む第１３突出部と、を有し、
   前記第２突出部は、前記第２１アノード端子を囲む第２１突出部と、前記第２カソード端子を囲む第２２突出部と、前記第２２アノード端子を囲む第２３突出部と、を有する、
   発振器。

Images