(57)【要約】電気的構成素子を電気的にマッチングするために、伝送線路を有するネットワークが記載されている。この伝送線路は有利にはセラミック基板に構成されている。伝送線路は、所望の位相シフトを達成するため所定の電気的長さを有し、かつ畳み込まれた電気導体路（ＬＥ）を有する。導体路の直線状の区間（Ａ）は相互に直角に接続されており、個々の導体路区間の幅は結合を補償するために種々異なって選択されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的構成素子を電気的にマッチングするためのネットワークであって、基板に構成された伝送線路を有し、
該伝送線路は所定の電気的長さを有し、かつ畳み込まれた電気導体路（ＬＥ）を有し、
直線状の区間（Ａ）は相互に直角に接続されており、
各区間における導体路の幅は異なっている、ことを特徴とするネットワーク。
【請求項２】
個々の区間（Ａ）における導体路（ＬＥ）の幅は、導体路の異なる区間間の障害的結合が補償され、所定の環境へのインピーダンスマッチングが２５ｄＢよりも良好に達成されるように選択されている、請求項１記載のネットワーク。
【請求項３】
畳み込まれた導体路（ＬＥ）は第１の平面に延在し、
該第１の平面は少なくとも１つのセラミック層によって、当該第１の平面に対して平行であり、アースに接続されたシールド面から分離されている、請求項１または２記載のネットワーク。
【請求項４】
導体路（ＬＥ）は２つの部分（ＬＥ１，ＬＥ２）を有し、
当該２つの部分は、セラミック中間層によって分離された２つの平面上を延在しており、かつ前記２つの部分は貫通接続（ＤＫ）を介して相互に接続されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のネットワーク。
【請求項５】
相互に平行な区間（Ａ）は重ならず、少なくとも最小長だけ相互にずれているように区間（Ａ）は２つの平面に案内されている、請求項４記載のネットワーク。
【請求項６】
異なる平面に配置され、相互に平行な区間（Ａ）のずれに対しても、１つの平面内に配置されており、隣接しておりかつ相互に平行な区間の間隔に対しても１００μｍの最小長が維持されている、請求項５記載のネットワーク。
【請求項７】
導体路のすべての区間（Ａ）は少なくとも最小長に相応する幅（ｄ）を有する、請求項１から６までのいずれか１項記載のネットワーク。
【請求項８】
伝送線路は、アースと接続された２つのシールド面（ＭＥ）を有するトリプレート線路として構成されており、
導体路面とシールド面との間に配置された２つのセラミック層は同じ厚さ（ｄＥ）を有する、請求項３から７までのいずれか１項記載のネットワーク。
【請求項９】
伝送線路はλ／４線路として構成されている、請求項１から８までのいずれか１項記載のネットワーク。
【請求項１０】
伝送線路は５０Ωにマッチングされている、請求項１から９までのいずれか１項記載のネットワーク。
【請求項１１】
外部環境へのインピーダンスマッチングは、インピーダンス変換のための付加的素子によって保証される、請求項１から１０までのいずれか１項記載のネットワーク。
【請求項１２】
基板は多層セラミックであり、構成素子またはモジュールに対する支持体を形成する、請求項１から１１までのいずれか１項記載のネットワーク。
【請求項１３】
構成素子またはモジュールは、音響波により動作する少なくとも１つの構成素子を有している、請求項１２記載のネットワーク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
電気構成素子はその回路環境にマッチングするためしばしば電気的マッチングネットワークを必要とする。このようなマッチングネットワークはインダクタンス、キャパシタンス、伝送線路を含むことができ、実質的に構成素子のインピーダンスを外部環境にマッチングするために用いられる。このようなマッチングネットワークはしばしばパッシブ集積ネットワークとして構成され、ネットワークを形成する離散的素子は共に基板に集積される。この基板は有利には構成素子に対する支持体基板を形成する。セラミック構成素子をセラミックで形成し、そのセラミック本体に適合素子を取り付け、構成素子と共に集積することも可能である。
【０００２】
マッチングネットワークの構成部材としての電気的伝送線路はしばしば多層のセラミック基板に実現される。このセラミック基板には後で説明するように他の素子を集積することができる。伝送線路は例えば移動通信の端末機に対するフロントエンドモジュールに使用され、ここでＰｉｎダイオード回路の構成部材として使用することができる。そしてここで他と合えば約９０゜の位相シフトを達成する。さらにこのような伝送線路は所定のソースインピーダンスおよび負荷インピーダンスの基でできるだけ良好な適合性を有していなければならない。伝送線路はさらにデュプレクサで使用することができる。デュプレクサも同様に移動通信の端末機に使用され、アンテナを端末機の送信経路および受信経路と接続する。
【０００３】
例えば移動通信の端末機における伝送線路へのさらなる要求は必要とする面積および空間をできるだけ小さくすることである。フロントエンドモジュールでは例えば寸法がセラミック基板での波長の端数よりも格段に小さく、その分だけ位相がシフトされる。位相シフトは所定の幾何的長さを有する線路によってだけ行うべきであるから、現在使用されている伝送線路は畳み込まれており、部分的に多層に構成されている。線路区間のオーバラップを引き起こす畳み込みおよび多層構成によって、線路の種々異なる区間間で容量性および誘導性の結合が生じる。これにより適合性が変化し、一本の畳み込まれていない同じ幾何的長さの理想線路に対して付加的位相シフトが発生する。さらに使用される面積、および伝送線路が構成素子または他のマッチングネットワークと接続される接続点の位置を任意に選択することができない。なぜなら面積および接続点の位置は集積すべき回路部分の他の素子に依存するからである。
【０００４】
伝送線路の例としての構成は、いわゆるトリプレート線路である。このトリプレート線路では畳み込まれた線路が２つのシールドアース層、すなわち２つの金属平面の間で案内され、それらの平面からそれぞれ１つのセラミック層によって分離される。上側シールドアース面と下側シールドアース面への間隔はインピーダンス特性に影響を与えるので相応に選択される。技術的に条件や、他の素子を共通の基板に集積しなければならないことから、セラミック層の厚さを任意に選択することはできず、制限された数の使用可能で適切な層厚から選択しなければならない。そのため最適のマッチングは不可能である。
【０００５】
スペースを節約した公知の伝送線路では、導体路が例えばメアンダ状に２層で構成されている。導体路が延在する２つの面の対称配置は、線路インピーダンスが２つの導体路面で等しく、ソースおよび負荷のインピーダンスに相当するよう選択されている。１つの導体路の個々の区間間の結合は次のことにより最小となる。すなわち、平行に延在する導体路の区間が相互に十分な間隔を有するようにするのである。この間隔は通常、導体路の幅よりも大きい。異なる導体路面での導体路区間間の結合は次のことにより最小となる。すなわち、２つの層で重なり合う区間が相互に直角に配置されるか、または一方の導体路面の導体路区間が他方の面の導体路区間の投影に重なるようにするのである。伝送線路の位相回転を高めるために、導体路の幾何的長さを拡大することができる。このことは面積が制限されている場合には、導体路の個々の区間を相互に近接させることによってのみ可能である。しかしこのことにより線路部分での結合が上昇し、ソースと負荷の間の適合性が悪化する。
【０００６】
本発明の課題は、伝送線路を有するネットワークを改善し、さらなる小型化構成素子にも適し、例えば１０ｓＢの以上の所望の適合性が達成されるように構成することである。
【０００７】
この課題は、請求項１の特徴部分の構成を備えるネットワークにより解決される。本発明の有利な構成は従属請求項に記載されている。
【０００８】
本発明は、基板に形成された伝送線路を備えるネットワークを提供し、この伝送線路は所定の電気的長さを有している。伝送線路に対して使用可能な面積を有効利用するために導体路は畳み込まれており、区間は直線状に構成されており、相互に直角に接続されている。そこから生じる、導体路の隣接する区間が結合するというそれ自体の欠点は本発明では次のことにより考慮される。すなわち導体路の幅が区間において異なるように構成するのである。本発明者は、個々の導体路区間の幅を所期のように変化することによって結合が影響を受けることを認識する。従って個々の区間において導体路幅を適切に選択することにより、所望のマッチングを達成することができる。例えば相互に容量的または誘導的に結合する２つの導体路区間を考えてみると、誘導性結合は２つの導体路区間の一方で導体路幅を増大することにより緩和される。１つの区間において導体路幅を増大することによりさらにそれ自体障害となる、隣接する導体路区間への寄生容量性結合が増大することがある。従って個々の導体路区間の導体路幅を変化することにより伝送線路の電気的適合性が改善される。すべての導体路区間の幅を適切に、相互に依存しないように選択することにより、適合性を最適化することができ、正確に所望の値に調整することができる。従来の回路環境は例えば５０Ωへのマッチングを必要とすることがある。
【０００９】
本発明により簡単に伝送線路の電気的マッチングと、これにより全体として電気構成素子のマッチングのためのネットワークを正確に所望の値に最適化することができ、しかも伝送線路の必要面積が増大することもない。また本発明により、公知の伝送線路では許容されないほどの高い結合を引き起こし、ひいては適合性を悪化させる構成であっても、本発明によりこれを平衡化することができる。このことにより伝送線路の必要面積がさらに低減され、択一的にまたは付加的にこれまでは欠点があるため実現できなかった伝送線路の幾何形状が可能となる。このようにして本発明により、基板で使用可能な面積がさらに有効に使用することができる。本発明で必要面積が大きくならないのは、位相シフトの程度に対して決定的な導体路の幾何的長さ（通常は電気的長さでもある）が格段に変化しないからである。
【００１０】
導体路の区間とは、所定の長さを有する導体路の任意の部分であると理解されたい。通常は計算に対しても伝送線路の構造に対しても、区間を畳み込まれた導体路の２つのコーナ点間で定義すると簡単である。
【００１１】
従来の伝送線路と同じように、本発明の伝送線路も２つの導体路面に畳み込まれた導体路により構成することができる。２つの導体路面は絶縁器、有利にはセラミック層によって相互に分離されている。さらなる絶縁層、とりわけ別のセラミック層が導体路面をアースと接続されているシールド面から分離する。
【００１２】
伝送線路はトリプレート線路として構成することもできる。このトリプレート線路では、導体路面が２つのアース面の間に配置されている。本発明により、２つの導体路面を分離する絶縁層を公知の伝送線路の場合よりも薄く構成することができる。そこから生じる障害的結合は本発明により補償することができる。異なる導体路面に延在する２つの導体路部分は貫通接触接続により相互に結合される。
【００１３】
この２つの導体路面に平行な区間が重なって存在しないように構成される。相互に平行な区間は少なくとも最小長だけ２つの平面で相互にずれている。異なる導体路面における区間間の交差は有利には区間端部から離れて行われ、有利には導体路区間の中央で行われる。個々の区間において導体路の幅が変化する場合には、有利には周辺条件を維持する。従って例えば導体路区間の幅、並びに相互に平行な導体路区間の間隔は技術的に起因する最小値を維持すべきである。この値は例えば１００μｍに選択される。しかしこの最小間隔および最小幅は本発明の対象ではなく、単に周辺条件として最適化の際に考慮され、伝送線路の正確な構成として現れる。他の周辺条件および最小値も維持することができる。
【００１４】
伝送線路の導体路の幾何的長さは、その電気的長さがλ／４線路に相当するよう選択される。λ／４線路は、回路状態が「ＳＨＯＲＴ」と「ＯＰＥＮ」で変化しなければならない場合に必要である。しかし本発明のネットワークの伝送線路はλ／４とは異なる位相シフトを生じさせる。
【００１５】
有利なインピーダンスマッチングは５０Ωである。なぜならこの値が多くの回路環境で必要だからである。しかし伝送線路およびネットワークを５０Ωとは異なる他の回路環境に適合することもできる。インピーダンスマッチングはトリプレート線路では、シールド面と導体路面との間隔を変化することにより行うことができる。しかし使用可能な層厚が所定の基板において所望のインピーダンスを調整するのに十分でない場合には、付加的に別個のインピーダンス変換を実行し、相応の素子をネットワークに設けることができる。
【００１６】
本発明のネットワークは有利には多層セラミックに集積されている。これは有利にはＬＴＴＣセラミックであり、最小の収縮性に最適化されている。ＬＴＴＣ構成（=Low temperature cofired ceramic）でのこのような無収縮セラミックにより、ネットワーク素子を高密度に集積することができ、場合により本来の素子をセラミックに集積することができる。なぜならこの技術により価値の高いセラミックと損失の少ない導体路を得ることができ、同時に構成素子幾何形状ないしネットワーク幾何形状が正確に再現可能だからである。しかし通常、ネットワークの基板は構成素子に対する支持体基板であり、その上に構成素子が固定され、接触接続されており、例えばＳＭDプロセスによって１ステップで作製される。構成素子が音響波により動作する素子であれば、フリップチップ構成を選択することができる。
【００１７】
集積ネットワークとすることのできるネットワークに対する基板は同時にモジュールに対する基板であり、このモジュールには複数の構成素子および所属のネットワークが集積されている。
【００１８】
以下本発明および本発明のネットワークを最適化するための方法を実施例および所属に図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、２つの平面で畳み込まれた導体路を有する公知の伝送線路の概略的平面図である。
図２は、トリプレート線路として構成された伝送線路の概略的断面図である。
図３は、公知の伝送線路のＳｍｉｔｈ線図である。
図４は、本発明の伝送線路の導体路を示す概略的平面図である。
図５は、本発明の伝送線路のＳｍｉｔｈ線図である。
【００１９】
公知の伝送線路を図１と図２に基づいて詳細に説明する。これらの図は説明のためにだけ用いるものであり、縮尺は正確ではない。公知のトリプレート構成は、第１と第２の導体路面ＬＥ１，ＬＥ２からなり、これらの導体路面はセラミック中間層により相互に分離されている。第１と第２の導体路面の上方および下方には同様にセラミック中間層により分離されて、それぞれアースと接続されたシールド面ＭＥ１，ＭＥ２が配置されており、シールド面は例えば金属化面である（図２参照）。導体路面およびシールド面は有利には相互に対称に配置されており、従ってシールド面ＭＥと隣接する導体路面LEとの間隔はどちらもｄＥに等しい。間隔ｄＥは２つの導体路面ＬＥ１，ＬＥ２の間隔ｄＬとは異なることができる。公知の伝送線路では例えばｄＥ＝１２５μｍ、ｄＬ＝９５μｍである。図１は導体路ＬＥ１が第１の導体路面で畳み込まれている様子を示す。破線で示されているのは、第２の導体路面で畳み込まれた導体路ＬＥ２の投影である。この導体路は直線状の複数区間からなり、これらの区間は直角に繋ぎ合わされている。区間は２つの導体路面ＬＥ１，ＬＥ２で、相互に平行で直線状の区間が重ならないように配置されている。貫通接続ＤＫを介して線路全体の２つの部分ＬＥ１，ＬＥ２は両方の平面で相互に接続されている。２つの端子点Ｔ１とＴ２で、導体路ないし伝送線路は外部回路環境、例えばネットワークまたは構成素子と接続されている。導体路は同じ幅ｄ０を有する。
【００２０】
図３は公知の伝送線路から計算された適合性をＳｍｉｔｈ線図に示す。公知の伝送線路の適合性はインピーダンスマッチングが約３５Ωの場合、１５ｄＢより明らかに劣る。
【００２１】
本発明では、１つまたは２つの導体路面ＬＥ１，ＬＥ２の個々の導体路区間の幅が変化しており、とりわけ増大されている。このことにより相応する導体路区間Ａ１〜Ａ６と同じ導体路面またはその下にある、図４には図示されていない導体路面ＬＥ２の隣接導体路区間との結合が低減され、ないしはその特性が変化する。導体路区間Ａの幅を拡大することにより誘導性結合を低減し、反対に容量性結合を増大することができる。例として導体路区間の幅ｄ３，ｄ４，ｄ５，ｄ６が相応する導体路区間Ａ３，Ａ４，Ａ５，Ａ６に対して示されている。ｄ０により導体路の仮想「オリジナル」幅が示されている。導体路の最適のマッチングは通常の場合、変化するすべての導体路区間Ａｘの幅ｄｘが相互に異なる値を取るときに得られる。しかし個々の導体路区間が同じ幅であっても良い。このことはとりわけ元の構造に対して導体路区間が変化しない場合に当てはまる。図４には導体路面ＬＥ１だけが示されており、その下に第２の導体路面ＬＥ２があり、相応に変化されている。これによりそこでも異なる幅の導体路区間が存在する。
【００２２】
図５は、図４に示された伝送線路に所属するＳｍｉｔｈ線図を示す。図３との比較により、本発明の伝送線路の電気的適合性が格段に改善されていることが分かる。本発明では約５０Ωにおいて例えば正確にλ／４の位相シフトを有している。しかし位相シフトの程度は１つまたは２つの平面における導体路の幾何的長さ、およびひいては電気的長さを延長または短縮することにより相応に変化することができる。従ってλ／４とは異なる値の位相シフトも可能である。
【００２３】
本発明の伝送線路をマッチングするための最適化方法は次のように行われる。幅が一定の区間を有する導体路から出発し、その電気的特性値を計算またはシミュレートするのである。続いて区間の幅を変化させ、電気的特性値を新たに計算する。これにより得られる作用（＝ベクトルとしての、Ｓｍｉｔｈ線図でのマッチングのシフト）は、変化した区間に対するマッチング度として記憶される。続いてスタート構造に基づいて、さらなる区間の幅が変化され、電気的特性値が新たに計算される。このようにしてさらなるマッチング度が得られる。存在する問題に応じて、また個々のマッチング度により達成される作用に応じて、場合によってはすでに２つのマッチング度（このマッチング度はそれぞれの区間の作用および相応に変化した幅を補間することにより効率の点でさらに変化することができる）により所望のまたは必要なマッチングを達成することができる。要求の高い適合のためには、別の区間またはすべての区間に対してさらなるマッチング度を計算することが必要であり、所望のマッチングは個々のマッチング度からの加算により形成される。このようにして得られた構造に対して最後にさらなるマッチングが必要な場合もある。なぜなら、個々に計算したマッチング度が相反的に影響することがあるからである。
【００２４】
新規の伝送線路を有する本発明のネットワークは任意の電気構成素子をマッチングするために使用することができる。有利にはパッシブ集積ネットワークに使用することができ、このネットワークは電気構成素子をさらに小型化するために必ず必要である。本発明のネットワークに対する特に有利な使用法は、無線通信端末機、例えば携帯電話でのフロントエンドモジュールの素子を電気的にマッチングすることである。ここではすでに達成されている外寸を維持するために構成素子基板ないしはフロントエンドモジュール基板に集積しなければならない。
【００２５】
さらなるネットワーク構成素子を収容し、構成素子基板としてのその機能を果たすために、基板は図２に示した層シーケンスに対して別の層により増強されている。基板の厚さないしそのために必要な層の数は、基板に集積すべきネットワーク素子およびコンポーネントの数に依存する。基板セラミックに実現すべきコンポーネントに依存して、相応のセラミック層に対する材料も選択される。
【００２６】
本実施例の場合、２つの導体路面ＬＥ１とＬＥ２の間の中間層に対しては電気的に絶縁されたセラミックが使用され、そのセラミックの有利には低い誘電定数が線路のインピーダンスを定める。中間層の誘電定数が低いことにより、導体路面間の結合も緩和される。しかし本発明によりこのような結合を緩和するか、ないしは有利に利用することができる。導体路面ＬＥ１と、アースに接続されたシールド面ＭＥ１との間のセラミック層も電気的に絶縁して作製される。ここでもとりわけ相応する誘電定数の値に注意すべきである。通常はすべてのセラミック層に対して中間層も含めて同じセラミックが使用される。しかし本発明によれば中間層に対して、他のセラミック層とは異なるセラミックを使用することもできる。これはとりわけ本発明では所望されることもある結合を所望の値に調整するためである。
【００２７】
個々のコンポーネントに対して使用される面積は通常、貫通接続と同じ面に存在ないし実現される他の素子により決められる。本発明により使用可能な任意の形状の面積への良好なマッチングが実現される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、２つの平面で畳み込まれた導体路を有する公知の伝送線路の概略的平面図である。
【００２９】
【図２】図２は、トリプレート線路として構成された伝送線路の概略的断面図である。
【００３０】
【図３】図３は、公知の伝送線路のＳｍｉｔｈ線図である。
【００３１】
【図４】図４は、本発明の伝送線路の導体路を示す概略的平面図である。
【００３２】
【図５】図５は、本発明の伝送線路のＳｍｉｔｈ線図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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