(57)【要約】      （修正有）【課題】ミリ波信号に対応した、低損失、広帯域,曲りの伝送損失が小さいボード内接続、チップ内接続のためのゾンマーフェルト導波路（ＳＦ＿ＷＧ）を提供する。【解決手段】ＭＳＬ２０２の幅は、誘電基板２０４の厚さ、誘電率、要求される特性インピーダンスによって決まる。この導波路は、第１の伝送線路と第２の伝送線路との間に設けられ、かつ７５μｍ以上の幅と信号周波数の中心での半波長の整数倍の長さを有するＳＦ＿ＷＧを備える。【選択図】図２
2011175242.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の伝送線路と第２の伝送線路との間に設けられたＳＦ＿ＷＧ部分を有し、
前記ＳＦ＿ＷＧ部分は７５μｍ以上の幅を有する
導波路。
【請求項２】
前記第１および第２の伝送線路の幅は、前記ＳＦ＿ＷＧ部分の幅と等しい
請求項１記載の導波路。
【請求項３】
前記第１および第２の伝送線路、ならびに前記ＳＦ＿ＷＧ部分は、プリント回路基板（ＰＣＢ）の上に設けられている
請求項１または請求項２に記載の導波路。
【請求項４】
前記第１および第２の伝送線路は、それぞれＩＣダイと接している
請求項１または請求項２に記載の導波路。
【請求項５】
前記ＳＦ＿ＷＧ部分はボンドワイヤである
請求項４記載の導波路。
【請求項６】
前記第１の伝送線路と前記ＳＦ＿ＷＧ部分との間に設けられた第１の遷移部分と、
前記第２の伝送線路と前記ＳＦ＿ＷＧ部分との間に設けられた第２の遷移部分と
をさらに有する
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の導波路。
【請求項７】
前記第１および第２の遷移部分には、一端にノッチを含む接地面が形成されている
請求項６記載の導波路。
【請求項８】
前記ノッチの形状は直線状である
請求項７記載の導波路。
【請求項９】
前記ノッチは三角形状である
請求項８記載の導波路。
【請求項１０】
前記ノッチの形状は曲線状である
請求項７記載の導波路。
【請求項１１】
前記ノッチは指数関数に従った形状である
請求項１０記載の導波路。
【請求項１２】
前記ＳＦ＿ＷＧ部分の長さは、中心信号周波数での半波長の整数倍である
請求項１記載の導波路。
【請求項１３】
前記第１および第２の伝送線路はマイクロストリップライン（ＭＳＬ）である
請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の導波路。
【請求項１４】
前記第１および第２の伝送線路は共平面導波路（ＣＰＷ）である
請求項１，４，５または請求項１２のいずれか１項に記載の導波路。
【請求項１５】
第１の伝送線路と第２の伝送線路との間に設けられたＳＦ＿ＷＧ部分を有し、
前記ＳＦ＿ＷＧ部分の長さは、中心信号周波数での半波長の整数倍である
導波路。
【請求項１６】
前記ＳＦ＿ＷＧ部分はボンドワイヤである
請求項１５記載の導波路。
【請求項１７】
前記ボンドワイヤは、実質的に直線状となっている
請求項１６記載の導波路。
【請求項１８】
前記第１および第２の伝送線路の幅は、前記ＳＦ＿ＷＧ部分の幅と等しい
請求項１５から請求項１７のいずれか１項に記載の導波路。
【請求項１９】
前記第１および第２の伝送線路はマイクロストリップライン（ＭＳＬ）である
請求項１５から請求項１８のいずれか１項に記載の導波路。
【請求項２０】
前記第１および第２の伝送線路は共平面導波路（ＣＰＷ）である
請求項１５から請求項１７のいずれか１項に記載の導波路。
【請求項２１】
前記第１および第２の伝送線路の各々と結合されたバランをさらに有する
請求項１５から請求項１７または請求項２０のいずれか１項に記載の導波路。
【請求項２２】
前記バランは、２つの１／４波長線路からなる
請求項２１記載の導波路。
【請求項２３】
前記バランにおける２つの１／４波長線路は、互いに４５°の角度をなすように広がっている
請求項２２記載の導波路。
【請求項２４】
前記バランは接地板と接続されている
請求項２１から請求項２３のいずれか１項に記載の導波路。
【請求項２５】
前記第１および第２の伝送線路は、それぞれＩＣダイと接続されている
請求項１５から請求項２４のいずれか１項に記載の導波路。
【請求項２６】
前記ＳＦ＿ＷＧ部分は２つの誘電層によって挟まれている
請求項１から請求項２５のいずれか１項に記載の導波路。
【請求項２７】
前記２つの誘電層における誘電率は、互いに異なっている
請求項２６記載の導波路。
【請求項２８】
前記ＳＦ＿ＷＧ部分の下方に少なくとも位置すると共に、一対の端部の双方にノッチが形成された金属パッチをさらに有する
請求項１から請求項２７のいずれか１項に記載の導波路。
【請求項２９】
前記金属パッチと前記ＳＦ＿ＷＧ部分の一部との間に設けられた基体をさらに有する
請求項２８に記載の導波路。
【請求項３０】
前記ノッチは、直線的な形状を有するものである
請求項２８または請求項２９に記載の導波路。
【請求項３１】
前記ノッチは、三角形状を有するものである
請求項３０記載の導波路。
【請求項３２】
前記ノッチは、曲線形状を有するものである
請求項２８または請求項２９に記載の導波路。
【請求項３３】
前記ノッチは、指数関数に従った形状を含むものである
請求項３２記載の導波路。
【請求項３４】
請求項１から請求項３３のいずれか１項に記載の導波路を複数備えてなる
導波路構造。
【請求項３５】
請求項１から請求項３３のいずれか１項に記載の導波路を１または複数備え、
１または複数の前記導波路は誘電材料によって埋設されている
導波路構造。
【請求項３６】
前記誘電材料は、成形用樹脂である
請求項３５記載の導波路構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［本発明の分野］
本発明は、導波路に係るものであり、特に、ミリ波信号に対応したゾンマーフェルト導波路（Sommerfeld waveguide）に関する。
【背景技術】
【０００２】
［背景］
本明細書においては以下の略語を使用する。
ＳＦ＿ＷＧ（Sommerfeld waveguide）：ゾンマーフェルト導波路
ＭＭＷ（MilliMetre Wave）：ミリ（メートル）波
ＣＰＷ（Coplanar Waveguide）：共平面導波路
ＭＳＬ（Microstrip Line）：マイクロストリップ線路
ＰＣＢ（Printed Circuit Board）：プリント回路基板
ＩＣ（Integrated Circuit）：集積回路
ＥＭ（ElectroMagnetic）：電磁石
ＴＥＭ（Transverse Electromagnetic Mode）：ＴＥＭモード
ＴＭ０１（Transverse Magnetic Mode 01）：ＴＭ０１モード
ＧＳＧ（Ground Signal Ground）：グラウンド−シグナル−グラウンド
Ｇ-line（Goubau line）：Ｇライン
【０００３】
通信信号は、空中、またはワイヤなどのなんらかの固体媒体を伝播するものである。高周波信号の場合、信号漏えいや相互に隣接するチャンネル同士の干渉を最小限に抑えるために、導波路のような特別な構造が使用される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ミリ波信号のような高周波信号の場合、伝送線路もしくは集積された導波路をベースとしたＴＥＭモードの使用は、高い伝播損失を招くこととなる。
【０００５】
ミリ波信号に適用され得る他の伝送媒体は、より低い伝播損失となる単一のＳＦ＿ＷＧ（もしくはＧライン）である。しかしながら、ＳＦ＿ＷＧが機能する特殊モードにより、励起方法は重要である。出願書類によれば、この励起はアンテナまたは伝送線路変換器によってなされ得るものである。アンテナによる変換効率は、電磁場（ＥＭ-field）であることによって低いものとなっている。従来技術における共通の方法は、ＣＰＷからのゾンマーフェルド波の励起を利用するものである。
【０００６】
図１（ａ）は、Ａタイプのコンバータ１００を表わしている。ここでのワイヤの線幅は１μｍである。ワイヤは極めて薄く、視認できないほどである。図１（ｂ）は、Ｂタイプのコンバータ１０４を表わしている。ここでのワイヤの線幅は５μｍである。ワイヤは極めて薄く、視認できないほどである。広域の帯域幅における十分なインピーダンス整合を実現するために、非常に厚さの薄いワイヤが要求される。１μｍという線幅はＩＣの製造において実用的な大きさであるが、ＰＣＢの製造においては薄すぎるかもしれない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、第１の態様において、ボード内接続もしくはチップ内接続のためのＳＦ＿ＷＧを提供するものである。ここで、ＳＦ＿ＷＧにおける幅は７５μｍ以上とする。本発明は、第２の態様において、実質的に信号周波数の中心での半波長の整数倍の長さを備えたＳＦ＿ＷＧを提供するものである。
【０００８】
いくつかの実施態様は、簡素で実用的な、製造に適した構造上の寸法であり、非常に広い帯域幅であり、集積導波路やその他の伝送線路と比べて低損失であり、垂直および水平方向へ曲がる伝送が最小限となり、複数の平行な経路に好適であるなどの利点を有している。
【０００９】
本発明の第１の詳細な説明は、請求項１の導波路に対応するものである。本発明の第２の詳細な説明は、請求項１５の導波路に対応するものである。いくつかの実施態様は請求項２〜１４および請求項１６〜３６に関する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１（ａ）は第１の従来技術における、ＣＰＷからＳＦ＿ＷＧへの遷移部分を表す概略図であり、図１（ｂ）は第２の従来技術における、ＣＰＷからＳＦ＿ＷＧへの遷移部分を表す概略図である。
【図２】図２は、第１の実施例としてのＭＳＬからＳＦ＿ＷＧへの遷移部分を表す概略図である。
【図３】図３は、第２の実施例としての、ＰＣＢ上に設けられたＳＦ＿ＷＧを表す概略図である。
【図４】図４は、第３の実施例としての、ＩＣダイと相互接続されたＳＦ＿ＷＧを表す概略図である。
【図５】図５は、第４の実施例としての、ＭＳＬからＳＦ＿ＷＧへの遷移部分を表す概略図である。
【図６】図６は、第５の実施例としての、ＣＰＷからＳＦ＿ＷＧへの遷移部分を表す概略図である。
【図７】図７は、第６の実施例としての、ＣＰＷからＳＦ＿ＷＧへの遷移部分を表す概略図である。
【図８】図８は、第７の実施例としての、ＳＦ＿ＷＧの垂直曲げ保護構造の概略図である。
【図９】図９は、第８の実施例としての、ＳＦ＿ＷＧの水平曲げ保護構造の概略図である。
【図１０】図１０は、第９の実施例としての、２−チャンネルＳＦ＿ＷＧの概略図である。
【図１１】図１１は、第２の実施例におけるＳＦ＿ＷＧについての試験結果を表す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［詳細な説明］
ＳＦ＿ＷＧを用いた一対のダイの相互接続についてのいくつかの具体的な実施態様を示す。１または２以上の実施態様は、従来技術では非常に厚みの薄いワイヤが要求されるものであり、ＩＣまたはＰＣＢに用いられるものである。
【００１２】
図２は、第１の実施態様としての、ＭＳＬからＳＦ＿ＷＧへの遷移部２００を示す。ＭＳＬ２０２は、第１のＩＣ（図示せず）と接続された誘電基板２０４の上部の主面に設けられている。接地板２０６は、誘電基板２０４の下部の主面に設けられている。ＭＳＬ２０２は、接地板２０６の端部２１２におけるノッチ（Ｖ字型の切り込み）２１０の存在によってＳＦ＿ＷＧ２０８へ遷移する。ノッチ２１０の形状は、線形もしくは非線形（例えば指数関数的な形状）とすることができ、例えば三角形状のノッチ２１０としてもよい。
【００１３】
ＭＳＬ２０２の幅はＳＦ＿ＷＧ２０８に至るまで一定である。ＭＳＬ２０２の幅は、誘電基板２０４の厚さ、誘電率、および要求される特性インピーダンスによって決定される。例えば誘電材料の厚さが１３０μｍ、誘電率が１０、特性インピーダンスが５０Ωである場合、トレース幅（例えばＭＳＬ２０２およびＳＦ＿ＷＧ２０８の幅）は１００μｍとすればよい。ノッチ２１０の使用により、損失を最小限に抑えつつ、ＭＳＬモードをゾンマーフェルト（ＴＭ０１）モードに変換することができる。ＳＦ＿ＷＧ２０８の幅もまた一定であり、また、厚さについてはそれほど薄くする必要はない。ＳＦ＿ＷＧ２０８の幅は、例えば７５μｍ以上とすることができ、ＰＣＢの容易な製造を可能とする。
【００１４】
図２に示した第１の実施態様としてのＭＳＬ２０２からＳＦ＿ＷＧ２０８への遷移部２００は、図３に示したＰＣＢ３００の上、あるいは図４に示したＩＣダイ４００の上で生じ得るものである。
【００１５】
図３に示した第２の実施態様は、ＰＣＢ３００の上の、第１のＭＳＬ３０４と第２のＭＳＬ３０６との間に設けられたＳＦ＿ＷＧ３０２を有している。第１の遷移部３０８は、第１のＭＳＬ３０４とＳＦ＿ＷＧ３０２との間で生じ、第２の遷移部３１０は、第２のＭＳＬ３０６とＳＦ＿ＷＧ３０２との間で生じる。接地板３１２，３１４は、各々対応する第１および第２のＭＳＬ３０４，３０６の真下のＰＣＢの底部に直接設けられている。
【００１６】
図４に示した第３の実施態様は、第１のＩＣダイ４００と第２のＩＣダイ４０４との間に設けられた、ボンドワイヤであるＳＦ＿ＷＧ４０２を有している。第１の遷移部４０６は第１のＩＣダイ４００の上の第１のＭＳＬ４１０とＳＦ＿ＷＧ４０２との間で生じ、第２の遷移部４０８は第２のＩＣダイ４０４の上の第２のＭＳＬ４１２とＳＦ＿ＷＧ４０２との間で生じる。第１および第２の遷移部４０６，４０８は、ＭＳＬ４１０，４１２からボンドワイヤＳＦ＿ＷＧ４０２へ広がっている。ＭＳＬ４１０，４１２の各々は、それぞれの誘電基板の一端側に配線を形成しており、それらの誘電基板の他端側には接地板が設けられている。第１および第２の遷移部４０６，４０８における接地面は、ＭＳＬ４１０，４１２が形成する配線の下方において線形状または非線形状に分割され、もしくは広がっている。
【００１７】
図２に示した第１の実施態様としての遷移部は、ＩＣダイの上で使用され得るものであるが、ＰＣＢ基板や空中を利用するワイヤなどに好適である。この遷移部は、図１に示したようなインピーダンス整合を行うために厚さの非常に薄い配線を用いることを要求しないからである。しかしながら、ＩＣダイにとっては、コスト削減の為の小型化を図るにあたり、上記のような遷移構造は通常要求されることである。ＩＣ基板、例えばケイ素の損失正接（Loss tangent）の値は、ＰＣＢ材料の損失正接が比較的低い（例えば０．０５である）のに対し、通常高い（例えば０．９である）ので、図２に示したＩＣダイの上に設けられた第１の実施態様としての遷移構造は、ＰＣＢの上に形成される場合よりも遷移損失が大きくなる。
【００１８】
図５に示した第４の実施態様は、ボンドワイヤであるＳＦ＿ＷＧ５００を、第１のＩＣダイ５０４上の第１のＭＳＬ５０２と、第２のＩＣダイ５０８上の第２のＭＳＬ５０６との間に設けるようにしたものである。図４に示したダイ３の実施態様のように、その長さの制約がないボンドワイヤＳＦ＿ＷＧ４０２とは異なり、図５のＳＦ＿ＷＧ５００は、その長さが中心信号周波数での半波長の整数倍であることが要求される。そのような長さを有するＳＦ＿ＷＧ５００は、その波をゾンマーフェルト波（Sommerfeld wave）へ変換するのを請け負うと共に、良好なインピーダンス整合をもたらすものである。さらに、各ＭＳＬ５０２，５０６の幅は、ボンドワイヤＳＦ＿ＷＧ５００の幅と同じであることが好ましい。しかしながら、ボンドワイヤＳＦ＿ＷＧ５００の形状についての制約はない。図４に示した第３の実施態様と同様に、ＭＳＬ５０２，５０６のそれぞれについて接地板が設けられている。
【００１９】
図６に示した第５の実施態様では、シングルワイヤであるＳＦ＿ＷＧ６００を示している。このＳＦ＿ＷＧ６００の長さは、中心信号周波数での半波長の整数倍である。シングルワイヤＳＦ＿ＷＧ６００は、ＣＰＷ（ＳＧＳ）６０２，６０４と接続されている。ここでは一対の１／４波長ワイヤ６０６と、一対の１／４波長ワイヤ６０８とが設けられている。ワイヤ６０６，６０８の各々は、ＣＰＷ（ＳＧＳ）６０２，６０４の一方に設けられた接地パッドに一端が接続され、バラン（balun）として振る舞う。ワイヤ６０６，６０８の各々の他端は、インターポーザー（interposer）６１６に接続されている。インターポーザー６１６の上面にはＩＣダイ６１８，６２０が設けられている。各対のバランとしてのワイヤ６０６，６０８は、約４５°の角度で広がっている。
【００２０】
図７に示した第６の実施態様は、以下の点を除き、第５の実施態様と同様の構成（ここでは、シングルワイヤＳＦ＿ＷＧ７２６が２つのＣＰＷ（ＧＳＧ）７２２，７２４の間に設けられたもの）である。ここでは、インターポーザー７１６の上に設けられたＩＣダイ７１８，７２０の下に、限定的に設けられた接地板７００，７０２が直接設けられている。バランワイヤ７１２，７１４の他端は、インターポーザー７１６ではなく接地板７００，７０２とそれぞれ接続されている。接地板７００，７０２を備えた図７に示した第６の実施態様は、より安定したパフォーマンスを実現することができる。
【００２１】
１もしくは複数の実施態様で示したものは、成形用樹脂などの誘電材料に埋設されていてもよい。その場合、各実施態様における寸法を誘電材料の誘電率に応じて変化させる必要が生じ得る。
【００２２】
ＳＦ＿ＷＧの曲がりは、放熱（放射）および伝播損失をもたらす可能性がある。第３および第４の実施態様におけるＳＦ＿ＷＧ４０２，５００は、それぞれ湾曲しているが、ＩＣダイの相互間隔が短ければ、曲げ損失は結合インピーダンス整合やモード遷移（mode transition）ほど重要でない。しかしながら、このことは、図３の第２の実施態様には当てはまらないかもしれない。第２の実施態様においては、ＳＦ＿ＷＧ３０２の曲げによる放熱や伝播損失を低減することのほうが好ましいかもしれない。ＳＦ＿ＷＧ３０２の曲げは、タイプ１としての垂直曲げ（基板面に対して垂直である曲げ）とタイプ２としての水平曲げ（基板面内における曲げ）とに分類することができる。
【００２３】
上記タイプ１の曲げにおける放熱および伝播損失は、図８における第７の実施態様によって低減される。ＳＦ＿ＷＧ８００は、２つの誘電層８０２，８０４の間に挟まれている。誘電層８０２，８０４は、互いに僅かに異なる誘電率を有するものである。
【００２４】
上記のタイプ２の曲げについては、その放熱および伝播損失を低減するために図９に示した第８の実施態様を用いることができる。金属パッチ９００は、ＳＦ＿ＷＧ９０２および誘電基板９０４の下方に設けられている。金属パッチ９００は、一対の端部のうちの一方にノッチを有している。一例では、金属パッチ９００は、３つの領域部分９０６，９０８，９１０からなるものである。領域部分９０６，９０８は、それぞれ、図９に示したような角度で領域部分９０８，９１０と接続されている。これらの領域部分９０６，９０８，９１０は、Ｚ形状をなすように配置される。領域部分９０６，９０８，９１０が相互になす角度は任意に選択される。金属パッチ９００の一端のノッチは、直線状もしくは曲線状（例えば指数関数的な曲線形状）をなすように形成され、全体として三角形となっている。これ（ノッチ）は、ＳＦ＿ＷＧ９０２をＭＳＬに変換する。ＭＳＬは曲げに敏感ではないことから、図９の第８の実施態様では、タイプ２に起因する損失を低減し、ＳＦ＿ＷＧの性能向上が見込まれる。
【００２５】
図１０に示した第９の実施態様は、２つのチャンネル（経路）のＳＦ＿ＷＧを備えるものである。各チャンネルは、第２の実施態様の構造と類似している。２つのチャンネルは、互いに分離されて設けられていてもよいし、互いに並ぶように集積されていてもよい。図１０に示した２つのチャンネルを有するＳＦ＿ＷＧの曲げは単なる例示であり、多重チャンネルのＳＦ＿ＷＧであってもよい。
【００２６】
第９の実施態様は、第７および第８の実施態様をそれぞれ流用することで、垂直曲げおよび水平曲げから保護され得る。同様に、第３〜第６の実施態様においても多重チャンネルの構成としてもよい。
【００２７】
図１１は、６００μｍの長さのＳＦ＿ＷＧを図３の第２の実施態様において使用した場合の試験結果である。図１１では、そのＳＦ＿ＷＧのＳパラメータについてプロットされている。一般に、Ｓパラメータは、Ｎ個のポートネットワーク（ここではＮ＝２とした。）の電圧信号に対する各ポートでのレスポンスを意味する。各Ｓパラメータの符号における最初の番号は応答したポートを表し、２番目の番号は入射するポートを表す。図１１に示したように、Ｓ１１およびＳ２２は広い帯域を示し、Ｓ１２およびＳ２１は低損失を示している。
【００２８】
本発明の実施態様を詳細に説明したが、本発明の範囲内において多くの変更が可能であることは、当業者であれば明らかであろう。
【図１】
2011175242.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【外国語明細書】
A Waveguide
FIELD OF THE INVENTION
The invention relates to a waveguide particularly though not solely to an SF_WG for MMW signals.
BACKGROUND
The following abbreviations will be used in this specification:
SF_WG   Sommerfeld waveguide
MMW            MilliMetre Wave
CPW            Coplanar Waveguide
MSL            Microstrip Line
PCB            Printed Circuit Board
IC             Integrated Circuit
EM             ElectroMagnetic
TEM            Transverse Electromagnetic Mode
TM01           Transverse Magnetic Mode 01
GSG            Ground Signal Ground
G-line         Goubau-line
Communications signals may be carried over air or some other solid medium such as a wire.  In case of high frequency signals, special structures such as waveguides are sometimes used to minimise radiation leakage and interference among adjacent channels. However, for certain high frequency signals such as MMW signals, using TEM based transmission lines or integrated waveguides may result in a high propagation loss.
Another transmission medium that can be used for MMW signals is a single metal wire SF_WG (or G-line) since this may have a lower propagation loss. However because of the special mode that a SF_WG operates in, the method of excitation is important. Depending on the application, the excitation can be from an antenna or a transmission line converter.  An antenna may have a low converting efficiency because of the open EM-field. A more common prior art approach is using Sommerfeld wave excitations from a CPW. 
Fig. 1(a) shows an A-type converter 100, where the wire width is 1um (in Fig. 1(a), the wire is too thin to be seen) and Fig. 1(b) shows a B-type converter 104, where the wire width is 5um. The very thin wires may be required to achieve an acceptable impedance matching for a wide bandwidth. Wire width of 1um may be practical for IC fabrication but it may be too thin for PCB fabrication.
SUMMARY OF THE INVENTION
In general terms in a first aspect the invention proposes a SF_WG for inter-board or inter-chip connections, where the width of the SF_WG is greater than or equal to 75um. 
In a second aspect the invention proposes a SF_WG with a length substantially similar to an integer multiple of half the wavelength at the central signal frequency.
One or more embodiments may have the advantage of:
simple, practical structure dimensions for fabrication;
very wide bandwidth;
low loss as compared with integrated waveguide and many other transmission lines; 
transmission from vertical and horizontal bending may be minimised; and/or
suitable for multiple parallel channels.
According a first particular expression of the invention, there is provided a waveguide according to claim 1.
According to a second particular expression of the invention, there is provided a waveguide according to claim 15.
One or more embodiments may be implemented according to claims 2 to 14 or claims 16 to 36.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
One or more example embodiments of the invention will now be described, with reference to the following figures, in which:
Fig. 1(a) is a schematic of a first prior art CPW to SF_WG transition,
Fig. 1(b) is a schematic of a second prior art CPW to SF_WG transition,
Fig.2 is a schematic of a MSL to SF_WG transition according to a first example embodiment,
Fig.3 is a schematic of a SF_WG on a PCB according to a second example embodiment,
Fig.4 is a schematic of a SF_WG for IC die interconnection according to a third example embodiment,
Fig.5 is a schematic of a MSL to SF_WG transition according to a fourth example embodiment,
Fig.6 is a schematic of a CPW to SF_WG transition according to a fifth example embodiment,
Fig.7 is a schematic of a CPW to SF_WG transition according to a sixth example embodiment,
Fig.8 is a schematic of a SF_WG vertical bending protection structure according to a seventh example embodiment,
Fig.9 is a schematic of a SF_WG horizontal bending protection structure according to an eighth example embodiment,
Fig.10 is a schematic of a 2-channel SF_WG according to a ninth example embodiment, and
Fig.11 is a graph of the test results obtained using a SF_WG according to the second example embodiment.
DETAILED DESCRIPTION
A number of example embodiments will now be described for die-to-die interconnection using a SF-WG. One or more example embodiments may avoid the very thin wire required in the prior art, which may allow both IC and PCB fabrication.
Fig. 2 shows a MSL to SF_WG transition 200 according to the first example embodiment. A MSL 202 is attached to the top major surface of a dielectric substrate 204 connected to a first IC (not shown). A ground plane 206 is attached on the bottom major surface of the substrate 204. The MSL 202 transitions into the SF_WG 208 by virtue of a notch 210 in the end 212 of the ground plane 206. The shape of the notch 210 can be linear or nonlinear (e.g. exponential), for example a triangular notch.
The MSL 202 width may be constant through to the SF_WG 208. The MSL 202 width may be determined by the dielectric substrate thickness, dielectric constant and desired characteristic impedance. For example, if the dielectric material thickness is 130um, material dielectric constant is 10 and desired characteristic impedance is 50ohm, then the trace width (i.e. MSL 202 and SF_WG 208 width) may be 100um. By the use of the notch 210 the MSL mode can be converted to Sommerfeld (TM01) mode with the loss minimised. Also the width of the SF_WG 208 may stay constant and may not need to be very thin. For example the width of the SF_WG may be greater than or equal to 75um which may allow for easy PCB fabrication.
The MSL to SF_WG transition 200 according to the first example embodiment from Fig. 2 may be implemented on a PCB 300 as shown in Fig.3 or on a IC die 400 as shown in Fig. 4.
The second example embodiment shown in Fig.3 has a SF_WG 302 attached on a PCB 300 between a first MSL 304 and a second MSL 306. A first transition 308 is provided between the first MSL 304 and the SF_WG 302, and a second transition 310 is provided between the second MSL 306 and the SF_WG 302. A ground plane 312,314 is attached on the bottom of the PCB directly underneath the respective MSL 304,306.
The third example embodiment shown in Fig.4 has a bond wire SF_WG 402 attached between a first IC die 400 and a second IC die 404. A first transition 406 is provided between a first MSL 410 on the first IC die 400 and the SF_WG 402, and a second transition 408 is provided between a second MSL 412 on the second IC die 404 and the SF_WG 402. Each of the transitions 406, 408 extends from its respective MSL 410, 412 to the bond wire SF_WG 402. Each MSL 410, 412 forms a trace on one side of its respective dielectric substrate and a ground plane is formed on the other side of each dielectric substrate. The ground plane in each transition 406, 408 may split or open under the trace formed by the MSL 410, 412 either linearly or non-linearly.
The disclosed transition according to the first example embodiment in Fig.2 is more suitable for the PCB substrate or wire over air application, although it can be used on a IC die. This is because this transition does not require a very thin trace for impedance matching as that in Fig.1. However, for IC die, the transition structure is usually required to be small for reducing cost. Moreover, since the loss tangent of the IC substrate, for example, silicon is usually high (in one example, 0.9) whereas the PCB material has a relatively lower loss tangent (in one example, 0.05), the transition loss for the application of the disclosed transition according to the first example embodiment in Fig. 2 on a IC die becomes larger than that on a PCB. 
The fourth example embodiment shown in Fig.5 has a bond wire SF_WG 500 attached between a first MSL 502 on a first IC die 504 and a second MSL 506 on a second IC die 508. Unlike the third example embodiment shown in Fig.4 in which there is no requirement on the length of the bond wire SF_WG 402,  the length of the bond wire SF_WG 500 in the fourth example embodiment in Fig.5 is required to be an integer multiple of a half wavelength at the central signal frequency. Having the length of the bond wire SF_WG 500 as an integer multiple of a half wavelength at the central signal frequency ensures the conversion of the wave to Sommerfeld wave and provides good impedance matching. Furthermore, the width of each MSL 502, 506 is preferably the same as the width of the bond wire SF_WG 500.  However, there is no requirement on the shape of the bond wire SF_WG 500. Similar to the third example embodiment in Fig. 4, there is also a ground plane associated with each MSL 502, 506.
The fifth example embodiment shown in Fig.6 has a single wire SF_WG 600 with a length that is an integer multiple of a half wavelength at the central signal frequency. The single wire SF_WG 600 is connected between two CPW (GSG) 602, 604. There are two pairs of quarter wavelength wires 606,608. Each pair of wires 606,608 is bonded at one end to a ground pad on one of the CPW (GSG) 602, 604 and acts as a balun. The other end of each pair of wires 606, 608 is attached to an interposer 616 on which the IC dies 618,620 are attached. Each pair of balun wires 606,608 are spread at an angle of about 45 degrees.
The sixth example embodiment shown in Fig.7 is the same as the fifth example embodiment (i.e. it also comprises a single wire SF_WG 726 connected between two CPW (GSG) 722,724) except that a limited ground plane 700,702 is provided directly under each IC die 718,720 on the interposer 716. Instead of being attached to the interposer 716, the other end of each pair of balun wires 712, 714 is attached to the respective ground plane 700,702. With the ground planes 700,702, the sixth example embodiment in Fig. 7 may achieve a more stable performance. 
One or more embodiments may be encapsulated in a dielectric material such as mould resin. In that case changes to the dimensions of the embodiments will be required according to the dielectric constant of the dielectric material. 
Bending of a SF_WG may result in radiation and propagation loss. Although the SF_WG 402 and 500 in the third and fourth example embodiments respectively are bent, the distance between the IC dies may be short and hence bending loss may not be as important as coupling impedance matching and mode transition. However, this may not be the case for the second example embodiment in Fig. 3 and it may be preferable to reduce the radiation and propagation loss due to the bending of the SF_WF 302 in this embodiment. Bending of the SF_WG 302 in the second example embodiment in Fig.3 can be separated into 1) vertical bending (orthogonal to the substrate plane) and 2) horizontal bending (on the substrate plane). 
For type 1) bending, the radiation propagation loss may be reduced by the seventh example embodiment in Fig.8. The SF_WG 800 is sandwiched by two dielectric layers 802, 804 with different dielectric constants. Dielectric layers 802, 804 may be made of any dielectric materials with low losses. The dielectric layers 802, 804 may have dielectric constants which differ only slightly from each other.
For type 2) bending, the eighth example embodiment shown in Fig.9 may be used to reduce the radiation propagation loss. A metal patch 900 is provided under the SF_WG 902 and dielectric substrate 904.  The metal patch 900 may comprise two ends and a notch at each end. In one example, the metal patch 900 may comprise three sections 906, 908 and 910 with the sections 906, 908 respectively joined to the sections 908, 910 at an angle as shown in Fig. 9. The sections 906, 908, 910 may be arranged in a z shape and the angle between the sections 906, 908, 910 may  take on any value. The notch at either end of the metal patch 900 may be shaped linearly or nonlinearly (e.g. exponentially), such as triangular shaped. This converts the SF_WG 902 to a MSL and because a MSL is not sensitive to bending, the eighth example embodiment as shown in Fig. 9 may reduce losses caused by type 2) bending and in turn, may improve the performance of the SF_WG.
The ninth example embodiment is shown in Fig.10 with a 2-channel SF_WG with each channel similar in structure to the second example embodiment. The channels may be separate structures attached together or may be integrated side by side. The bending of the 2-channel SF_WG in the ninth example embodiment in Fig. 10 is merely an example and the multi-channel SF_WG may also be straight or bent in a different manner. 
The ninth example embodiment may also be protected from vertical and horizontal bending by using the seventh and eighth example embodiments, respectively. Also the third, fourth, fifth or sixth example embodiments may also be employed with multiple channels.
Fig. 11 shows the test results for a 600mm length SF_WG using the second example embodiment from Fig. 3. In Fig. 11, the S-parameters of the SF_WG are plotted. In general, S-parameters describe the response of an N-port network (in this case N = 2) to voltage signals at each port. The first number in the subscript of each S-parameter represents the responding port, whereas the second number in the subscript represents the incident port. As shown in Fig. 11, the S11 and S22 show a wide bandwidth and the S12&S21 shows the loss is low.
While example embodiments of the invention have been described in detail, many variations are possible within the scope of the invention as will be clear to a skilled reader.
Claims:
1.A waveguide comprising:
a SF_WG portion between a first transmission line and a second transmission line,
wherein the SF_WG portion has a width greater than or equal to 75um.
2.     A waveguide according to claim 1, wherein the width of each of the first and second transmission lines is the same as the SF_WG portion. 
3.     A waveguide according to any one of the preceding claims, wherein the first and second transmission lines and the SF_WG portion are attached to a Printed Circuit Board. 
4.     A waveguide according to claim 1 or 2, wherein each of the first and second transmission lines is attached to an IC die. 
5.     A waveguide according to claim 4, wherein the SF_WG portion is a bond wire.
6.     A waveguide according to any one of the preceding claims, further comprising:
a first transition portion between the first transmission line and the SF_WG portion, and
a second transition portion between the second transmission line and the SF_WG portion.
7.     A waveguide according to claim 6, wherein each of the first and second transition portions comprises a ground plane, the ground plane further comprising a notch at one end. 
8.     A waveguide according to claim 7, wherein the shape of the notch is linear.
9.     A waveguide according to claim 8, wherein the shape of the notch is triangular.
10.    A waveguide according to claim 7, wherein the shape of the notch is non-linear.
11.    A waveguide according to claim 10, wherein the notch is exponentially shaped.
12.    A waveguide according to claim 1, wherein the length of the SF_WG portion is an integer multiple of a half wavelength at the central signal frequency.
13.    A waveguide according to any one of the preceding claims, wherein the first and second transmission lines are MSL. 
14.    A waveguide according to any one of claims 1, 4, 5 or 12, wherein the first and second transmission lines are CPW.
15.    A waveguide comprising:
a SF_WG portion between a first transmission line and a second transmission line,
wherein the length of the SF_WG portion is substantially similar to an integer multiple of a half wavelength at the central signal frequency.
16.    A waveguide according to claim 15, wherein the SF_WG portion is a bond wire.
17.    A waveguide according to claim 16, wherein the bond wire is substantially straight.
18.    A waveguide according to any one of claims 15 to 17, wherein the widths of the first and second transmission lines are equal to the width of the SF_WG portion.
19.    A waveguide according to any one of claims 15 to 18, wherein the first and second transmission lines are MSL.
20.    A waveguide according to any one of claims 15 to 17, wherein the first and second transmission lines are CPW.
21.    A waveguide according to any one of claims 15 to 17 or 20, further comprising a balun bonded to each of the first and second transmission lines. 
22.    A waveguide according to claim 21, wherein the balun further comprises two quarter wavelength wires. 
23.    A waveguide according to claim 22, wherein the two quarter wavelength wires in the balun are spread at an angle of 45 degrees. 
24.    A waveguide according to any one of claims 21 to 23, wherein the balun is further bonded to a ground plate.
25.    A waveguide according to any one of claims 15 to 24, wherein each of the first and second transmission lines is attached to an IC die. 
26.    A waveguide according to any one of the preceding claims, wherein the SF_WG portion is sandwiched by two dielectric layers.
27.    A waveguide according to claim 26, wherein the dielectric constants of the two dielectric layers are different.
28.    A waveguide according to any one of the preceding claims, further comprising a metal patch under at least part of the SF_WG portion, the metal patch comprising two ends and a notch at each end.
29.    A waveguide according to claim 28 further comprising a substrate between the metal patch and the part of the SF_WG portion.
30.    A waveguide according to claim 28 or 29, wherein the notch is shaped linearly.
31.    A waveguide according to claim 30, wherein the notch is triangular shaped.
32.    A waveguide according to claim 28 or 29, wherein the notch is shaped non-linearly. 
33.    A waveguide according to claim 32, wherein the notch is exponentially shaped.
34.    A waveguide structure comprising a plurality of waveguides according to any one of the preceding claims. 
35.    A waveguide structure comprising one or more waveguides according to any one of the preceding claims, wherein the one or more waveguides are encapsulated in a dielectric material.
36.    A waveguide structure according to claim 35, wherein the dielectric material is mould resin. 
ABSTRACT
A Waveguide
A waveguide comprising a SF_WG portion between a first transmission line and a second transmission line, wherein the SF_WG portion has a width greater than or equal to 75um. 
Fig. 4
【図１】
2011175242.tif 000014
【図２】
2011175242.tif 000015
【図３】
2011175242.tif 000016
【図４】
2011175242.tif 000017
【図５】
2011175242.tif 000018
【図６】
2011175242.tif 000019
【図７】
2011175242.tif 000020
【図８】
2011175242.tif 000021
【図９】
2011175242.tif 000022
【図１０】
2011175242.tif 000023
【図１１】
2011175242.tif 000024