(57)【要約】【課題】パッド間隔の微細化および配線密度の向上と、配線間のクロストークノイズの低減とを両立するインピーダンス変換器を提供する。【解決手段】誘電体からなる基板（１０、２０）と、この基板の一の面に形成された第１導体層（１１、２１）と前記基板の他の面に形成された第２導体層（１２、２２）と、前記基板の内部に前記第１導体層および前記第２導体層から離間して形成された、導体からなる複数のストリップ状の線路（１３、２３）とを備え、前記複数の線路の少なくとも１つは、その一端側とその他端側において少なくとも前記第１導体層および前記第２導体層のいずれかとの距離（ｈ１、ｈ３）が互いに異なり、前記一端側から前記他端側にかけて前記第１導体層および前記第２導体層のいずれかとの距離が徐々に変化している。【選択図】  図１Ａ
2019096979.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体からなる基板と、
この基板の一の面に形成された第１導体層と前記基板の他の面に形成された第２導体層と、
前記基板の内部に前記第１導体層および前記第２導体層から離間して形成された、導体からなる複数のストリップ状の線路と
を備え、
前記複数の線路の少なくとも１つは、
その一端側とその他端側において少なくとも前記第１導体層および前記第２導体層のいずれかとの距離が互いに異なり、前記一端側から前記他端側にかけて前記第１導体層および前記第２導体層のいずれかとの距離が徐々に変化している
ことを特徴とするインピーダンス変換器。
【請求項２】
請求項１に記載されたインピーダンス変換器において、
前記複数の線路は、
それぞれ一端側から他端側にかけて、前記第１導体層と前記第２導体層のいずれか一方に向かって徐々に近づいている
ことを特徴とするインピーダンス変換器。
【請求項３】
請求項２に記載されたインピーダンス変換器において、
前記複数の線路は、
交互に前記第１導体層と前記第２導体層に向かって徐々に近づいている
ことを特徴とするインピーダンス変換器。
【請求項４】
請求項１に記載されたインピーダンス変換器において、
前記第１導体層および前記第２導体層は、前記複数の線路の前記一端側から前記他端側にかけて徐々に前記複数の線路に近づいている
ことを特徴とするインピーダンス変換器。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載されたインピーダンス変換器において、さらに、
前記基板の一の面に形成され、前記第１導体層および前記第２導体層から電気的に絶縁された複数のパッドと、
前記複数の線路の端部と前記複数のパッドとをそれぞれ電気的に接続する複数のビアと
を備えることを特徴とするインピーダンス変換器。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載されたインピーダンス変換器において、
前記基板は、ベンゾシクロブテンを含む誘電体からなる
ことを特徴とするインピーダンス変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インピーダンス変換器に関し、特に、半導体高周波モジュールにおいて用いられる、ストリップ線路の構造を有する伝送線路からなるインピーダンス変換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高周波回路に用いられる伝送線路として、ストリップ線路が使用されている。ストリップ線路は、電磁波を伝送する伝送線路の一種であって、板状の誘電体基板の表面および裏面にそれぞれ形成された導体と、その誘電体基板の内部に形成された線状のストリップ導体（以下、単に「線路」ということがある。）とからなる。誘電体基板の表面および裏面にそれぞれ形成された導体はＧＮＤになっている（以下、誘電体基板の表面および裏面にそれぞれ形成された導体を「グランド層」ということがある。）。
【０００３】
このようなストリップ線路の特性インピーダンスは、線路の幅および厚さ、誘電体基板の誘電率、線路とグランド層との間の距離によって決定される。
【０００４】
高周波回路に、例えばある一定のインピーダンスを有する負荷回路や信号源を接続する場合、これらの接続部分で電力や信号を効率よく伝達させるために、高周波回路と負荷回路や信号源の特性インピーダンスを整合させる必要がある。このインピーダンス整合を行わせるため、ストリップ線路の両端で特性インピーダンスが異なるように形成したインピーダンス変換器が用いられる。
【０００５】
従来より、伝送線路によるインピーダンス変換器においては、急激なインピーダンス変化による高周波帯での伝送特性の劣化を防ぐため、図１８および図１９Ａ、図１９Ｂに示すように、誘電体基板３０の裏面および表面にそれぞれ形成されたグランド層３１、３２と、その誘電体基板３０の内部に形成された線路（ストリップ導体）３３とからなるストリップ線路３において、線路３３を平面視でテーパー形状に形成し、その線路幅を徐々に変化させることによって、所望のインピーダンスに変換させていた（非特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−２５１８６３
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】P. Pramanick, et al., “Tapered Microstrip Transmission Lines,”IEEE MTT-S Int. Microw. Symp. Dig., vol. 1983, pp. 242-244. 1983.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一方、近年、半導体高周波モジュールの信号数の増大・基板接続パッドの微細化が進んでいる。すなわち、半導体高周波モジュールの高機能化のために半導体高周波モジュールから入出力される信号が増加しており、半導体高周波モジュールの高機能化・低コスト化の為には外形サイズを小さくする必要があるために、基板接続パッドとパッド間隔の微細化が進行している。
【０００９】
その結果、半導体高周波モジュールと接続する配線基板において、高密度で多信号を引き回せる伝送線路や、伝送線路によって高周波特性を維持したままインピーダンス変換を行うインピーダンス変換器の実現が求められている。
【００１０】
ストリップ線路によって高周波特性を維持したままインピーダンス変換を行う場合、従来技術では、図２０および図２１に示すように、テーパー形状の複数の線路３３−１、３３−２、３３−３を設け、各線路３３−１、３３−２、３３−３の線路幅を徐々に変化させている。
【００１１】
しかしながら、この場合には、線路３３（３３−１、３３−２、３３−３）それぞれの線路幅が大きくなるに伴って、パッド３５（３５−１、３５−２、３５−３）、３７（３７−１、３７−２、３７−３）同士の間隔が拡大したり（図２０）、線路３３（３３−１、３３−２、３３−３）同士の間隔が小さくなっていくと、配線間のクロストークノイズが大きくなったり（図２１）するという問題があった。特に、配線間のクロストークノイズは、互いに隣り合う信号線のうち、一方の信号線によって信号パルスが伝送された時に、他方の信号線の電子を変位させることにより生じるものである。このため、複数の線路３３（３３−１、３３−２、３３−３）同士の間隔が小さくなればなる程、一の線路３３によって信号パルスが伝送された時に他の線路３３に生じる電子の変位量も大きくなり、クロストークノイズも大きくなっていく。
したがって、ストリップ線路を用いたインピーダンス変換器を高密度実装に適用することが困難となることがあった。
【００１２】
そこで、本発明は、パッド間隔の微細化および配線密度の向上と、配線間のクロストークノイズの低減とを両立する、いわゆる高密度実装に適用可能な、半導体高周波モジュールにおけるインピーダンス変換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の目的を達成するために、本発明に係るインピーダンス変換器は、誘電体からなる基板（１０、２０）と、
この基板の一の面に形成された第１導体層（１１、２１）と前記基板の他の面に形成された第２導体層（１２、２２）と、前記基板の内部に前記第１導体層および前記第２導体層から離間して形成された、導体からなる複数のストリップ状の線路（１３、２３）とを備え、前記複数の線路の少なくとも１つは、その一端側とその他端側において少なくとも前記第１導体層および前記第２導体層のいずれかとの距離（ｈ１、ｈ３）が互いに異なり、前記一端側から前記他端側にかけて前記第１導体層および前記第２導体層のいずれかとの距離が徐々に変化していることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係るインピーダンス変換器において、前記複数の線路（１３）は、それぞれ一端側から他端側にかけて前記第１導体層（１１）と前記第２導体層（１２）のいずれか一方に向かって徐々に近づいていてもよい。
【００１５】
上記のインピーダンス変換器において、前記複数の線路（１３）は、交互に前記第１導体層（１１）と前記第２導体層（１２）に向かって徐々に近づいているようにしてもよい。
【００１６】
また、本発明に係るインピーダンス変換器において、前記複数の線路（２３）と前記基板（２０）の一の面に形成された第１導体層（２１）および前記基板の他の面に形成された第２導体層（２２）は、前記複数の線路の前記一端側から前記他端側にかけて徐々に前記複数の線路に近づいていることを特徴とする。
【００１７】
本発明に係るインピーダンス変換器においては、さらに、前記基板の一の面に形成され、前記第１導体層および前記第２導体層から電気的に絶縁された複数のパッド（１５、１７）と、前記複数の線路の端部と前記複数のパッドとをそれぞれ電気的に接続する複数のビア（１４、１６）とを備えるようにしてもよい。
【００１８】
本発明に係るインピーダンス変換器においては、前記基板（１０、２０）は、ベンゾシクロブテンを含む誘電体から構成してもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ストリップ状の線路（１３、２３）と導体層（１１、１２、２１、２２）との距離を線路の一端側から他端側にかけて徐々に変化させることによってストリップ線路の両端での特性インピーダンスを異ならせるので、線路の幅や線路間のギャップを維持したまま特性インピーダンスを連続的に変換させることができる。したがって、パッド間隔の微細化および配線密度の向上と、配線間のクロストークノイズの低減とを両立する、いわゆる高密度実装に適用可能なインピーダンス変換器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の第１の実施の形態に係るインピーダンス変換器の構成を説明する側面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、第１の実施の形態に係るインピーダンス変換器の構成を説明する平面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、図１Ｂに示すインピーダンス変換器のａ−ａ’における断面を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図１Ｂに示すインピーダンス変換器のｂ−ｂ’における断面を示す図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、図１Ｂに示すインピーダンス変換器のｃ−ｃ’における断面を示す図である。
【図３】図３は、シミュレーションの条件を説明する図である。
【図４】図４は、第１の実施の形態に係るインピーダンス変換器と従来のテーパー線路を用いたインピーダンス変換器の出力側の特性インピーダンスのシミュレーション結果を示す図である。
【図５】図５は、第１の実施の形態に係るインピーダンス変換器の特性インピーダンスと、線路と線路に最も近いグランド層との距離との関係を示す図である。
【図６Ａ】図６Ａは、従来の構成のストリップ線路の電磁界シミュレータによるモデルを示す図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、従来の構成のストリップ線路の電磁界シミュレータによるモデルを示す図である。
【図７Ａ】図７Ａは、本実施の形態に係るストリップ線路の電磁界シミュレータによるモデルを示す図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、本実施の形態に係るストリップ線路の電磁界シミュレータによるモデルを示す図である。
【図８】図８は、モデルを用いたバックワード・クロストークに関するシミュレーション結果を示す図である。
【図９】図９は、モデルを用いたフォワード・クロストークに関するシミュレーション結果を示す図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、本発明の第２の実施の形態に係るインピーダンス変換器の構成を説明する側面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、第２の実施の形態に係るインピーダンス変換器の構成を説明する平面図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、図１０Ｂに示すインピーダンス変換器のａ−ａ’における断面を示す図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、図１０Ｂに示すインピーダンス変換器のｂ−ｂ’における断面を示す図である。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、図１０Ｂに示すインピーダンス変換器のｃ−ｃ’における断面を示す図である。
【図１２】図１２は、シミュレーションの条件を説明する図である。
【図１３】図１３は、第２の実施の形態に係るインピーダンス変換器と従来のテーパー線路を用いたインピーダンス変換器の出力側の特性インピーダンスのシミュレーション結果を示す図である。
【図１４】図１４は、第２の実施の形態に係るインピーダンス変換器の特性インピーダンスと、線路とグランド層との距離との関係を示す図である。
【図１５Ａ】本実施の形態に係るストリップ線路の電磁界シミュレータによるモデルを示す図である。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、本実施の形態に係るストリップ線路の電磁界シミュレータによるモデルを示す図である。
【図１６】図１６は、モデルを用いたバックワード・クロストークに関するシミュレーション結果を示す図である。
【図１７】図１７は、モデルを用いたフォワード・クロストークに関するシミュレーション結果を示す図である。
【図１８】図１８は、従来のテーパー線路を用いたインピーダンス変換器の構成を説明する概念図である。
【図１９Ａ】図１９Ａは、従来のテーパー線路を用いたインピーダンス変換器の構成を説明する概念図である。
【図１９Ｂ】図１９Ｂは、従来のテーパー線路を用いたインピーダンス変換器の構成を説明する概念図である。
【図２０】図２０は、従来のテーパー線路を用いたインピーダンス変換器の構成を説明する概念図である。
【図２１】図２１は、従来のテーパー線路を用いたインピーダンス変換器の構成を説明する概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２２】
［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態に係るインピーダンス変換器１の構成を図１Ａ乃至図２Ｃに示す。ここで図１Ａおよび図１Ｂは、それぞれインピーダンス変換器１の構成を説明する側面図および平面図、図２Ａ乃至図２Ｃは、それぞれ図１Ｂに示すａ−ａ’線、ｂ−ｂ’線、ｃ−ｃ’線の位置で基板１０に垂直な面の断面図である。ここで図１Ｂは、見やすくするために、導体層１２を取り除いた状態を示している。
【００２３】
これらの図に示すように、第１の実施の形態に係るインピーダンス変換器１は、誘電体からなる基板１０と、この基板１０の下面に形成された第１導体層１１と基板１０の上面に形成された第２導体層１２（以下、第１導体層１１および第２導体層１２をあわせて「グランド層１１、１２」ということがある。）と、基板１０の内部に二つのグランド層１１、１２から離間して、それぞれストリップ状に形成された、導体からなる３本の線路１３（１３−１、１３−２、１３−３）とを備えた、ストリップ線路の構造を有する。基板１０は、ベンゾシクロブテンなどの誘電体からなる。
【００２４】
また、基板１０の上面には、複数のパッド１５（１５−１、１５−２、１５−３）、１７（１７−１、１７−２、１７−３））が形成されている。これらのパッド１５、１７は、グランド層１２から電気的に絶縁される一方、基板１０内に設けられたビア１４（１４−１、１４−２，１４−３）、１６（１６−１、１６−２、１６−３）を介して、線路１３（１３−１、１３−２、１３−３）の端部と電気的に接続されている。
【００２５】
本実施の形態に係るインピーダンス変換器１において、線路１３−１、１３−２、１３−３の線路幅はＷで一定であるが、それぞれ一端側から他端側にかけて、基板１０の下面に形成されたグランド層１１と上面に形成されたグランド層１２のいずれか一方に向かって徐々に近づいている。
【００２６】
線路１３−１、１３−３は、例えば、図１Ａ、図１Ｂにおいて紙面に向かって左側を入力側、右側を出力側とするならば、その入力側から出力側にかけて、基板１０の上面に形成されたグランド層１２に徐々に近づいており、その入力側におけるグランド層１１、１２からの距離はそれぞれｈ１である（図２Ａ参照。）のに対し、出力側におけるグランド層１２からの距離はｈ３（＜ｈ３）とされている（図２Ｃ参照。）。また、線路１３−２は、その入力側から出力側にかけて、基板１０の下面に形成されたグランド層１１に徐々に近づいており、その入力側におけるグランド層１１、１２からの距離は、他の線路１３−１、１３−３と同様に、それぞれｈ１であるのに対し（図２Ａ参照。）、出力側におけるグランド層１１からの距離がｈ３とされている（図２Ｃ参照。）。
【００２７】
ここで本実施の形態に係るインピーダンス変換器１の特性インピーダンスについて考察するために、平行板コンデンサーを考える。極板の一辺の長さに比べて極板同士の間隔が極めて小さい平行板コンデンサーでは、極板間の電場(電界)が一様とみなせる。このときのストリップ線路の並列静電容量Ｃは、極板の面積Ｓに比例し、極板同士の間隔ｄに反比例し、次の式で表される（ただし、εは誘電率。）。
【００２８】
【数１】
2019096979.tif 000003
【００２９】
式１より、線路とグランド層との間の距離（ｄ）が小さくなると、並列静電容量（Ｃ）大きくなることがわかる。
【００３０】
また、線路の特性インピーダンス（Ｚ０）は、次の式２で表される。ただし、式２において、Ｒ，Ｌ，Ｇ，Ｃは、それぞれ、線路の単位長あたりの直列抵抗（Ω）、直列インダクタンス（Ｈ）、並列コンダクタンス（Ｓ）、並列静電容量（Ｆ）である。
【００３１】
【数２】
2019096979.tif 000004
【００３２】
式１及び式２より、線路とグランド間距離が小さくなると特性インピーダンスは小さくなるので、上述したような入力側から出力側にかけて線路１３とグランド層１１およびグランド層１２のいずれかに近づく構成を有するストリップ線路は、入力側で特性インピーダンスが大きく、出力側で特性インピーダンスが小さくなるようなインピーダンス変換器となる。
【００３３】
本実施の形態に係るインピーダンス変換器は、次のような工程によって製造することができる。
【００３４】
まず、基板上にベンゾシクロブテンやポリイミドなどの誘電体を堆積し、誘電体層を形成する。その厚さ（高さ）は、線路１３と下側のグランド層１１との距離ｈ３（図２Ｃ参照。）とする。次にこの誘電体層上に、Ａｕ等の導体からなるパターンを所定の厚さで形成した後、この導体パターンの周りに、この導体パターンと同じ高さとなるように誘電体層を堆積する。この導体パターンは線路１３の一部となる。
【００３５】
続いて、この導体パターンと誘電体層の上に、先に形成した導体パターンと接触する新たな導体パターンを、平面視で先に形成した導体パターンよりも線路が延在する方向にずれた位置に形成し、さらにこの導体パターンと同じ高さとなるように誘電体層を堆積する。このとき、線路となる導体パターンとともに、ビアとなる導体パターンも合わせて形成してもよい。このように導体パターンと誘電体層の形成を繰り返し、導体パターンからなる所望の形状の線路を含む誘電体の積層物を得る。このような誘電体の積層物が得られたら、この堆積物を基板から分離して、その両面にグランド層およびパッドを形成する。このようにして本実施の形態に係るインピーダンス変換器を得ることができる。
【００３６】
次に、線路１３とグランド層１１、１２との距離とインピーダンスとの関係に関するシミュレーションについて説明する。このシミュレーションでは、グランド層１１、グランド層１２および線路１３にＡｕメタルを用い、基板１０にベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）基板（εｒ＝２．７）を用いることを前提とし、線路長は３００μｍとして、本実施の形態に係るインピーダンス変換器の出力側の特性インピーダンスと従来のテーパー線路を用いたインピーダンス変換器の出力側の特性インピーダンスとを比較した。
【００３７】
ただし、どちらのインピーダンス変換器についても、その入力側の線路幅を４μｍに、線路間ギャップ（Ｇ）を４μｍに固定した。したがって、本実施の形態に係るインピーダンス変換器の線路幅は、入力側および出力側どちらも４μｍに固定したのに対し、従来のテーパー線路を用いたインピーダンス変換器は、出力側の線路幅Ｗをパラメータとして、４μｍから８μｍまで変化させた。
なお、このシミュレーションでは、図３に示すように、本実施の形態に係るインピーダンス変換器の線路とこの線路に近い方のグランド層との距離ｈをパラメータとしている。従来のテーパー線路を用いたインピーダンス変換器では、線路とグランド層との間の距離は上下共に７μｍに固定した。
【００３８】
図４は、上記の条件の下で計算した、線路幅（Ｗ）と本実施の形態に係るインピーダンス変換器の出力側の特性インピーダンス（Ａ）および従来のテーパー線路を用いたインピーダンス変換器の出力側の特性インピーダンス（Ｂ）との関係を示すグラフである。図４では、線路幅（Ｗ）と実質的な線路間距離Ｗ＋Ｇを効果の指標として縦軸に用いている。
【００３９】
図４において、「Ａ」で示す線が本実施の形態に係るインピーダンス変換器の出力側の特性インピーダンスの変化を表す。これから、本実施の形態に係るインピーダンス変換器の場合は、線路幅や線路間距離を変えることなく、出力側の特性インピーダンスを変えることができることがわかる。なお、本実施の形態に係るインピーダンス変換器において、線路１３とこの線路１３に近い方のグランド層１１，１２との間の距離ｈは、特性インピーダンスの値が６０Ωの時、ｈ＝７μｍであり、特性インピーダンスの値が３５Ωの時にはｈ＝１μｍである。
【００４０】
これに対し、図４において「Ｂ」で示す線が従来のテーパー線路を用いたインピーダンス変換器の出力側の特性インピーダンスの変化を表している。線路幅を４μｍから１２μｍまで（線路間距離に換算すると、Ｗ＋Ｇを８μｍから１６μｍまで）大きくしていくと、出力側の特性インピーダンスは、６０Ωから３７Ωまで小さくなる。
【００４１】
図５に、本実施の形態に係るインピーダンス変換器の特性インピーダンスと、線路１３とその線路１３に近い方のグランド層１１、１２との距離ｈとの関係を示す。図５より、距離ｈの値が７から１まで変化すると、出力側の特性インピーダンスは６１Ωから３５Ωまで変化することがわかる。ここで、距離ｈの値に対して、特性インピーダンスがリニアに比例していないのは、線路の特性インピーダンスにおいて、線路とグランド層との間の距離ｈの影響よりも隣の線路との間の距離（線路間隔）ｋの影響の方が大きくなるためと考えられる（この例では距離ｈ＝４〜６μｍの時）。線路間隔ｋをグランド層との間の距離ｈよりも常に大きく設定すれば、特性インピーダンス値はｈの値に比例する。
【００４２】
次に、従来のテーパー線路を用いたインピーダンス変換器と本実施の形態に係るインピーダンス変換器とについて、クロストーク量を比較する。図６Ａ乃至図７Ｂは、電磁界シミュレータ Sonnet-EMによるストリップラインのモデルである。図６Ａおよび図６Ｂは、従来のインピーダンス変換器のモデル、図７Ａおよび図７Ｂは、本実施の形態に係るインピーダンス変換器のモデルである。
【００４３】
このシミュレーションでは、クロストーク量を比較するため、線路間ギャップＧを４μｍに固定し、線路厚も２μｍに固定、特性インピーダンスを５０Ωにそろえた。
図６Ａおよび図６Ｂが従来のテーパー線路を用いたインピーダンス変換器のモデルの例であり、線路幅Ｗ＝６．５μｍ，線路−グランド層間距離ｈ＝７μｍとした。
また、図７Ａおよび図７Ｂが、本実施の形態に係るインピーダンス変換器のモデルの例であり、線路幅Ｗ＝４μｍ，線路−グランド層間距離ｈ＝２．２μｍとした。
なお、シミュレーションは、計算簡略化の為、インピーダンス変換器の出力側を、線路数は２本にして実施している。
【００４４】
線路の入力端および出力端に対して、図６Ｂおよび図７Ｂに示すようにＰｏｒｔ番号を設定し、Ｓパラメータの結果を調べることで、クロストーク量を直接評価できる。
図８および図９は、それぞれバックワード（近端）クロストークおよびフォワード（遠端）クロストークを表す。より詳細には、図８は、Ｐｏｒｔ１に信号を与えたときにＰｏｒｔ３に現れる電圧との比率（Ｓ３１）を表し、また、図９は、Ｐｏｒｔ１とＰｏｒｔ４の電圧比（Ｓ４１）を表す。両者ともに、差異を分かりやすくするため、デシベル表示にしている。なお、図８および図９において、「Ａ」で示す線が従来のインピーダンス変換器のクロストークを、「Ｂ」で示す線が本実施の形態に係るインピーダンス変換器のクロストークを表す。
【００４５】
図８より、本実施の形態に係るインピーダンス変換器によるバックワードクロストーク（「Ｂ」）は、従来のもの（「Ａ」）より０ＧＨｚ〜１００ＧＨｚの広範囲において１０ｄＢ程度小さいことがわかる。また、図９より、フォワードクロストークについても、２５ＧＨｚ〜１００ＧＨｚの広範囲において、本実施の形態に係るインピーダンス変換器（「Ｂ」）の方が０〜１０ｄＢ程度小さいことがわかる。
【００４６】
以上のように、本実施の形態に係るインピーダンス変換器によれば、線路１３とグランド層１１、１２との距離を入力側から出力側にかけて徐々に変化させることによって、インピーダンスの急激な変化による高周波帯での伝送特性の劣化を防ぎつつ、線路１３とグランド層１１、１２との距離が入力側と出力側とで異ならせることによって、ストリップ線路の入力側の特性インピーダンスＺｉと出力側の特性インピーダンスＺ０とが互いに異なるインピーダンス変換器を構成することができる。
【００４７】
したがって、線路１３の線路幅や線路間ギャップＧを変化させなくても、線路１３を上下のグランド層１１、１２に近づけることにより、また線路１３とグランド層１１またはグランド層１２との間の距離を調整することにより、所望の特性インピーダンス値が設定可能でかつ、線路の入力側と出力側の特性インピーダンスが異なるインピーダンス変換器を形成することができる。
【００４８】
また、線路１３をテーパー状にして線路幅を変化させる必要がないので、従来のように、線路の線路幅が大きくなることに伴うパッド１５（１５−１、１５−２、１５−３）、１７（１７−１、１７−２、１７−３）同士の間隔の拡大や、線路間のクロストークノイズの増大を避けることができる。
【００４９】
また、本実施の形態においては、３本の線路１３のうち、両端の線路１３−１、１３−３の出力側は、基板１０の下面よりも上面側により近く、中央の線路１３−２の出力側は、基板１０の上面よりも下面側により近くなる。すなわち、３本の線路１３は、交互にそれぞれ第１グランド層１１と第２導体層１２のいずれかに向かって近づいており、入力側から出力側にかけて基板１０の上面または下面に向かって近づく方向が互い違いとなっている。
その結果、図２Ａ乃至図２Ｃに示すように、線路間ギャップＧを一定にしたままでも、入力側から出力側にかけて線路間の距離（ｋ１＜ｋ２＜ｋ３）が増大するので、線路間のクロストークを押さえることが容易になる。
【００５０】
また、線路を交互にグランド層に近づける為、クロストークを低減する効果も得られる。更に、線路間隔も大きくなり、更なるクロストーク低減効果も同時に得られる。したがって、本実施の形態に係るインピーダンス変換器によれば、パッド間隔の微細化、配線密度の向上と配線間のクロストークノイズの低減とを両立する、高密度実装に適用可能なインピーダンス変換器を形成することが出来る。
【００５１】
なお、本実施例では、インピーダンス変換器の出力側の特性インピーダンスを小さくしているが、逆に入力側の特性インピーダンスを小さくしたインピーダンス変換器を形成することもできる。
また、上記の実施の形態では、スプリット導体（伝送線路）が３本の場合を例に説明したが、本発明は、これに限るものではなく、２本、あるいは４本以上のマルチレーンであってもよいことは言うまでもない。
【００５２】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について、図１０Ａ乃至図１７を参照して説明する。
第２の実施の形態に係るインピーダンス変換器２は、ストリップ線路によるインピーダンス変換器において、ストリップ状の線路に上下面のグランド層を徐々に近づけることにより、線路とグランド層間の距離を徐々に変える形態をとる。
図１０Ａ乃至図１１Ｃは、第２の実施の形態に係るインピーダンス変換器２の構成を示す図であり、図１０Ａは、線路に平行な面の側面図、図１０Ｂは上面から見た概略平面図、図１１Ａ、図１１Ｂおよび図１１Ｃは、それぞれ図１０Ｂに示すａ−ａ’線、ｂ−ｂ’線、ｃ−ｃ’線の位置で線路に垂直な面の断面図である。ここで図１０Ｂは、見やすくするために、基板２０の上面に形成されるグランド層２２を取り除いた状態を示している。
【００５３】
これらの図に示すように、第２の実施の形態に係るインピーダンス変換器２は、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）等の誘電体からなる基板１０と、この基板の両面に形成されたＡｕ等の導電体部材からなるグランド層２１、グランド層２２と、基板２０の中に同じく導電体部材から形成された複数の線路２３（２３−１、２３−２、２３−３）を備え、グランド層２１とグランド層２２とが、基板２０の内部に形成された複数の線路２３の一端側から他端側にかけて徐々にこれらの線路に近づいていることを特徴とする。
【００５４】
より具体的には、例えば、図１０Ａ、図１０Ｂにおいて紙面に向かって左側を入力側、右側を出力側とするならば、基板２０は、入力側を出力側よりも厚く形成することによって、線路２３とグランド層２１、２２との距離は、入力側における線路２３とグランド層２１−１、２２−１との距離ｈ１と、出力側における線路２３とグランド層２１−３、２２−３との距離ｈ３とが、ｈ１＞ｈ３となっている。また、基板２０は、中間部分において出力側に向かって徐々に薄くなるように形成されて、中間部分における線路２３とグランド層２１−２、２２−２との距離ｈ２（ｈ１＞ｈ２＞ｈ３）は、入力側から出力側に向かって徐々に小さくなっている（図１０Ａ、図１１Ａ乃至図１１Ｃ参照。）。
【００５５】
上述したインピーダンス変換器２は、例えば、次のような製造工程により製造することができる。
【００５６】
まず、基板上にベンゾシクロブテンやポリイミドなどの誘電体を堆積し、誘電体層を作成する。その後、ドライエッチング加工の場合においては、まず最も深く加工したい部分（図１０Ａ、図１０Ｂの出力側の部分）をフォトリソグラフィによりパタンニングし、パタンニングしたフォトレジストをエッチングマスクとして誘電体層を狙いの深さまでエッチングする。
引き続いて、２番目に深くエッチングしたい部分（先にエッチングした領域に隣接する部分）をフォトリソグラフィによりパタンニングし、先にエッチングした領域との接続部分がステップ形状になるように、電体層を狙いの深さまでエッチングする。この工程を中間部分に所望の段差形状が得られるまで繰り返し実施する。
【００５７】
また、電体層に感光性材料を用いる場合には、フォトリソグラフィのみによる簡便な手法で段差形状作成が可能である。例えば、深さごとに異なるフォトマスクを作製し、そのマスクごとにフォトリソグラフィ時の露光量や焦点深度などの露光条件を変え、現像時においてその露光条件に応じた段差形状を得ることが可能になる。例えば、図１０Ｂの出力側の部分では露光量は多く、入力側の部分では露光量が少なくなるように、フォトリソグラフィを実施すれば良い。
さらにこれらの段差形状を形成した後、全面を反応性イオンエッチングなどによって加工すれば、入力側から出力側にかけてより滑らかな形状をも作成することができる。
【００５８】
さらに、誘電体層がナノインプリント法などによる加工が可能である場合には、この形状を有する特殊なインプリント用パタンによって簡便に所望の表面形状を有する誘電体層を作成することができ。この方法は、第１および第２の実施の形態のいずれにも適用可能である。これによって、線路幅を維持したまま、特性インピーダンスを徐々に変換させることができる。
【００５９】
次に、線路２３とグランド層２１、２２との距離とインピーダンスとの関係に関するシミュレーションについて説明する。このシミュレーションにおいても、第１の実施の形態における説明と同様に、グランド層２１、グランド層２２および線路２３にＡｕメタルを用い、基板２０にベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）基板（εｒ＝２．７）を用いることを前提とし、線路長は３００μｍとして、本実施の形態に係るインピーダンス変換器の出力側の特性インピーダンスと従来のテーパー線路を用いたインピーダンス変換器の出力側の特性インピーダンスとを比較した。
【００６０】
このシミュレーションにおいても、どちらのインピーダンス変換器についても、その入力側の線路幅を４μｍに、線路間ギャップ（Ｇ）を４μｍに固定した。したがって、本実施の形態に係るインピーダンス変換器の線路幅は、入力側および出力側どちらも４μｍに固定したのに対し、従来のテーパー線路を用いたインピーダンス変換器は、出力側の線路幅Ｗをパラメータとして、４μｍから８μｍまで変化させた。
なお、このシミュレーションでは、図１２に示すように、本実施の形態に係るインピーダンス変換器の線路２３とグランド層２１、２２との距離ｈをパラメータとしている。従来のテーパー線路を用いたインピーダンス変換器では、線路とグランド層との間の距離は上下共に７μｍに固定した。
【００６１】
図１３は、上記の条件の下で計算した、線路幅（Ｗ）と本実施の形態に係るインピーダンス変換器の出力側の特性インピーダンス（Ａ）および従来のテーパー線路を用いたインピーダンス変換器の出力側の特性インピーダンス（Ｂ）との関係を示すグラフである。図１３でも、線路２３とグランド層２１、２２との距離 h をパラメータとし、線路幅（Ｗ）と実質的な線路間距離（Ｗ＋Ｇ）を効果の指標として縦軸に用いている。
【００６２】
図１３において、「Ａ」で示す線が本実施の形態に係るインピーダンス変換器の出力側の特性インピーダンスの変化を表し、「Ｃ」で示す線が従来のテーパー線路を用いたインピーダンス変換器の出力側の特性インピーダンスの変化を表している。これから、本実施の形態に係るインピーダンス変換器の場合は、線路幅や線路間距離を変えることなく、出力側の特性インピーダンスを変えることができることがわかる。
【００６３】
図１４に、本実施の形態に係るインピーダンス変換器の特性インピーダンスと、線路２３とグランド層２１、２２との距離ｈとの関係を示す。図１４より、本実施の形態に係るインピーダンス変換器において、線路２３とグランド層２１，２２との間の距離ｈは、特性インピーダンスの値が６０Ωの時にはｈ＝７μｍであり、特性インピーダンスの値が３５Ωの時にはｈ＝２μｍであり、距離ｈの値が７から２まで変化すると、出力側の特性インピーダンスは６０Ωから３５Ωまで変化することがわかる。
【００６４】
これに対し、従来のテーパー線路を用いたインピーダンス変換器の出力側の特性インピーダンスは、図１３に示すように、線路幅を４μｍから１２μｍまで（線路間距離に換算すると、Ｗ＋Ｇを８μｍから１６μｍまで）大きくしていくと、６０Ωから３７Ωまで小さくなる。
【００６５】
次に、従来のテーパー線路を用いたインピーダンス変換器と本実施の形態に係るインピーダンス変換器とについて、クロストーク量を比較してみる。図１５Ａおよび図１５Ｂは、電磁界シミュレータ Sonnet-EMによる本実施の形態に係るインピーダンス変換器のモデルである。従来のインピーダンス変換器のモデルは、図６Ａおよび図６Ｂに示したものと同一である。
【００６６】
クロストーク量を比較するため、線路間ギャップＧを４μｍに固定し、線路厚も２μｍに固定、特性インピーダンスを５０Ωにそろえた。図６Ａおよび図６Ｂに示した従来のテーパー線路を用いたインピーダンス変換器のモデルでは、線路幅Ｗ＝６．５μｍ，線路−グランド層間距離ｈ＝７μｍとした。また、図１５Ａおよび図１５Ｂに示した本実施の形態に係るインピーダンス変換器のモデルでは、線路幅Ｗ＝４μｍ，線路−グランド層間距離ｈ＝２．２μｍとした。なお、シミュレーションは、計算簡略化の為、インピーダンス変換器の出力側を、線路数は２本にして実施している。
【００６７】
線路の入力端および出力端に対して、図６Ｂおよび図１５Ｂにそれぞれ示すようにＰｏｒｔ番号を設定し、Ｓパラメータの結果を調べることで、クロストーク量を直接評価できる。
【００６８】
図１６および図１７は、それぞれバックワード（近端）クロストークおよびフォワード（遠端）クロストークを表す。より詳細には、図１６は、Ｐｏｒｔ１に信号を与えたときにＰｏｒｔ３に現れる電圧との比率（Ｓ３１）を表し、また、図１７は、Ｐｏｒｔ１とＰｏｒｔ４の電圧比（Ｓ４１）を表す。両者ともに、差異を分かりやすくするため、デシベル表示にしている。なお、図１６および図１７において、「Ａ」で示す線が従来のインピーダンス変換器のクロストークを、「Ｃ」で示す線が本実施の形態に係るインピーダンス変換器のクロストークを表す。
【００６９】
図１６および図１７より、本実施の形態に係るインピーダンス変換器によるバックワードクロストークは、従来のものより０ＧＨｚ〜１００ＧＨｚの広範囲において５ｄＢ程度小さいことがわかる。またフォワードクロストークについても３５ＧＨｚ〜１００ＧＨｚの広範囲において０〜５ｄＢ程度小さいことがわかる。
【００７０】
以上のように、本実施の形態に係るインピーダンス変換器２によれば、線路２３の幅や線路間ギャップを変化させなくても、上下のグランド層２１、２２をストリップ線路に徐々に近づけることにより、また線路２３とグランド層２１との間の距離と、ストリップ線路とグランド層２２との間の距離とを調整することにより、所望の特性インピーダンス値が設定可能でかつ、線路の入力側と出力側の特性インピーダンスが異なるインピーダンス変換器を形成することが出来る。また、線路をグランド層に近づける為、クロストークを低減する効果も得られる。
したがって、本実施の形態によれば、パッド間隔の微細化、配線密度の向上と配線間のクロストークノイズの低減とを両立する、高密度実装に適用可能なインピーダンス変換器を形成することができる。
【００７１】
なお、本実施例では、入力側から出力側に向かって上下のグランド層２１、２２をともに線路２３に徐々に近づけたが、いずれか１方のグランド層のみを線路２３に近づけるようにしてもよい。
【００７２】
また、インピーダンス変換器の出力側の特性インピーダンスを小さくしているが、逆に入力側の特性インピーダンスを小さくしたインピーダンス変換器を形成することもできる。
また、上記の実施の形態においては、３本の信号線（伝送線路）を備えた例について説明したが、線路の数はこれに限るものではなく、２本、あるいは４本以上のマルチレーンであってもよいことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００７３】
１、２…インピーダンス変換器（ストリップ線路）、１０、２０…基板、１１、１２、２１、２２…グランド層、１３、２３…線路（ストリップ導体）、１４、１６…ビア、１５、１７…パッド。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０】
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【図２１】
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