(57)【要約】      （修正有）【課題】伝送路の接続部において、接続される両伝送路のインピーダンスを、広範な周波数範囲で且つ高精度で整合調整することができ、接続に伴う伝送損失を低減することができる伝送路の接続部及びインピーダンス調整方法を提供する。【解決手段】誘電体基板３と信号配線１とグランド５とからなる伝送路におけるインピーダンスが異なる複数の伝送路を接続する接続部において、信号配線１を構成する金属導体に接するように強誘電体部２を設け、この強誘電体部２の表面及び内部にバイアス電界印加用電極４を強誘電体部２の厚さ方向に対して複数層になるように複数個配置する。そして、電極４間に電界を印加して、強誘電体部２の内部に電界分布を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板と、この誘電体基板の表面に形成された第１金属導体と、前記誘電体基板の裏面に形成された第２金属導体と、を有する伝送路の接続部において、インピーダンスが異なる複数の伝送路の境界部における前記第１金属導体に接するように設けられた強誘電体部と、この強誘電体部の表面上及び内部を含む領域に前記強誘電体部の厚さ方向に複数層となるように配置された複数個のバイアス電界印加用電極と、を有し、前記バイアス電界印加用電極間に直流電界を印加することにより、前記複数の伝送路のインピーダンスを調整可能に構成されていることを特徴とする伝送路の接続部。
【請求項２】
前記強誘電体部は、セラミック材料、有機材料又はセラミック材料と有機材料との複合体により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の伝送路の接続部。
【請求項３】
前記バイアス電界印加用電極間に印加する電界を調整することにより、前記強誘電体部の誘電率を、前記強誘電体部の厚さ方向に変化させることを特徴とする請求項１又は２に記載の伝送路の接続部。
【請求項４】
前記強誘電体部は、薄膜形成技術又は印刷技術により、基板上に形成されたものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の伝送路の接続部。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の伝送路の接続部において、前記バイアス電界印加用電極間に直流電界を印加することにより、前記強誘電体部の誘電率を変化させて、伝送路のインピーダンスを制御することを特徴とする伝送路のインピーダンス調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップ、パッケージ、インターポーザ及びプリント基板上に形成された信号伝送路同士をインピーダンスの整合調整をして接続する伝送路接続部及びインピーダンスの調整方法に関し、特に、通信装置、レーダ装置、計測装置等に使用するのに好適の信号伝送路接続部の実装構造の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、異なる線路幅又は異なるインピーダンスを有する伝送路の接続部構造において、例えば、接続部の線路に平面視でテーパ部を設ける等してインピーダンスの整合調整を行うのが一般的であった。
【０００３】
図４(ａ)は従来の伝送路の接続部を示す平面図であり、図４（ｂ）は図４(ａ)のＡ−Ａ線による断面図である。この図４に示すように、基板３の下面にグランド５が設けられ、基板４の表面に信号配線１が設けられている。この信号配線１は、接続部において、線路幅が異なっている。この接続部においては、幅が大きい方の信号配線から、幅が小さい方の信号配線に向けて、その幅が次第に小さくなっており、信号配線１の幅にテーパ部が設けられている。
【０００４】
また、バイアス電界の印加により誘電体材料の誘電率を変化させる強誘電体伝送線路及び高周波デバイスの一例が、特許文献１及び特許文献２に開示されている。特許文献１は、接地導体上に設けた強誘電体基板材上に、マイクロ波を伝搬させる導体パターンを形成し、導体パターンに印加する電圧を変化させることにより、強誘電体基板材の誘電率を変化させ、これにより、印加する電圧がつくる電界と伝搬されるマイクロ波が作る電界は同じ方向であるので、導体パターンを伝搬するマイクロ波の特性を変化させることができることが開示されている。また、特許文献２には、基板の裏面にグランド層を形成し、基板の表面に共振素子を設け、更に、基板の表面上に絶縁用誘電体を設けた上で、この絶縁用誘電体の上に、電極、誘電体及び電極の３層体を設けた高周波デバイスが開示されている。電極に電圧を印加することにより、その間に挟まれた誘電体の誘電率が変化する。
【０００５】
【特許文献１】特開平０７−１１１４０７号公報
【特許文献２】特開平０９−３０７３０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の如く、従来の伝送路の接続部においては、異なる線路幅又は異なるインピーダンスを有する伝送路を接続するために、例えば接続部線路にテーパ部を設ける等してインピーダンスの調整を行っていた。しかしながら、線路幅又はインピーダンスの差が著しく大きい場合は、調整することが極めて困難で、その効果も十分に得られないという問題点がある。
【０００７】
また、特許文献２には、バイアス電界の印加により誘電体材料の誘電率を変化させる高周波デバイスが開示されており、複数のバイアス電界印加用電極を含む構成も開示されているが、これらのバイアス電界印加用電極は誘電体材料の表面の同一平面に配置されたものであり、誘電体の厚さ方向の誘電率を制御するには至っていない。このため、この特許文献２に開示された高周波デバイスも、十分にインピーダンス整合調整を行うことはできないという問題点がある。
【０００８】
一方、ＧＨｚを超える高周波帯、Ｇｂｐｓを超える高速伝送が、種々の装置に利用されるようになってきた。このため、大量にかつ安価に、しかも均一な特性の伝送路装置を製造する技術が求められることになった。
【０００９】
高速・高周波伝送では、伝送路の接続部におけるインピーダンス不整合により、伝送特性の劣化が生じるため、良好な伝送特性を達成するには、インピーダンスを調整することが必要となる。従来、個別に調整パターン及び部品を付加することで、この調整を実現してきたが、実装組み立て後に調整することが極めて困難であり、かつ調整工程の必要性によりコストが増大するという課題があった。
【００１０】
また、上述のように、従来の接続部構造では、組み立て工程の誤差又は使用される材料物性のばらつきにより、伝送路のインピーダンス自体が所定の値からずれてしまうという問題点がある。
【００１１】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、伝送路の接続部において、接続される両伝送路のインピーダンスを、広範な周波数範囲で且つ高精度で整合調整することができ、接続に伴う伝送損失を低減することができる伝送路の接続部及びインピーダンス調整方法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】
【００１２】
本発明に係る伝送路の接続部は、誘電体基板と、この誘電体基板の表面に形成された第１金属導体と、前記誘電体基板の裏面に形成された第２金属導体と、を有する伝送路の接続部において、インピーダンスが異なる複数の伝送路の境界部における前記第１金属導体に接するように設けられた強誘電体部と、この強誘電体部の表面上及び内部を含む領域に前記強誘電体部の厚さ方向に複数層となるように配置された複数個のバイアス電界印加用電極と、を有し、前記バイアス電界印加用電極間に直流電界を印加することにより、前記複数の伝送路のインピーダンスを調整可能に構成されていることを特徴とする。
【００１３】
この伝送路の接続部において、前記強誘電体部は、例えば、セラミック材料、有機材料又はセラミック材料と有機材料との複合体により形成されている。
【００１４】
また、本発明においては、前記バイアス電界印加用電極間に印加する電界を調整することにより、前記強誘電体部の誘電率を、前記強誘電体部の厚さ方向に変化させることができる。
【００１５】
そして、前記強誘電体部は、例えば、薄膜形成技術又は印刷技術により、基板上に形成されたものである。
【００１６】
本発明に係る伝送路のインピーダンス調整方法は、上記伝送路の接続部において、前記バイアス電界印加用電極間に直流電界を印加することにより、前記強誘電体部の誘電率を変化させて、伝送路のインピーダンスを制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、本発明は伝送路接続部において、インピーダンスが異なる伝送路間のインピーダンス不整合を効果的に調整することができ、伝送路の接続部における伝送損失を低減することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は本発明の第１実施形態に係る伝送路の接続部を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は(ａ)のＡ−Ａ線による断面図である。誘電体基板３の表面上に第１金属導体からなる信号配線１が所定の幅で形成されており、その信号配線１の接続部において、幅が大きな配線と幅が小さい配線とが、その幅が徐々に一致するように、配線の側縁が配線の長手方向に対して傾斜して設けられている。誘電体基板３の裏面上には、層状にグランド５が形成されている。
【００１９】
そして、この誘電体基板３の表面上には、伝送路の接続部において、信号配線１を構成する第１金属導体に接するように、強誘電体部２が設けられている。この強誘電体部２の表面及び内部を含む領域に、複数個のバイアス印加用電極４が強誘電体部２の厚さ方向に複数層（図１は３層）になるように配置されている。
【００２０】
誘電体基板３は、例えば、その大きさが、縦２０ｍｍ、横１０ｍｍ、厚さ０．２５ｍｍであり、基板材料はエポキシ樹脂基板（ＦＲ４）である。
【００２１】
強誘電体部２は、例えば、エポキシ系樹脂材料にチタン酸バリウム粉末を分散した複合材料を誘電体基板３上に塗布して形成することができる。この強誘電体部２と、バイアス印加用電極４とを交互に形成することにより、例えば、バイアス印加用電極４が３層となる積層構造が得られる。バイアス印加用電極４の間には所定の直流電圧が印加されるようになっている。
【００２２】
次に、上述の如く構成された本実施形態の伝送路の接続部の動作について説明する。本実施形態においては、強誘電体２内に、その厚さ方向に対して複数層になるように、バイアス電界印加用電極４が配置されているので、その電極４間に直流電界を印加すると、図２(ａ)に示すように、強誘電体部２内に電気力線が形成され、強誘電体部２の内部に電界分布が生起する。この直流電界により、強誘電体部２は、その誘電率が変化し、伝送路のインピーダンスが制御される。このようにして、本発明の場合は、電界分布が強誘電体２の内部に分布しているので、材料物性を３次元的に制御することが可能であり、伝送路のインピーダンスを効果的に制御することができる。これに対し、従来のように、強誘電体部の表面にのみ電極４が形成されている場合は、電界分布は強誘電体２の表面にのみ生起されるので、誘電率の変化は小さい。
【００２３】
このように、本発明の実施形態においては、強誘電体部２の厚さ方向に複数層の電極４を設け、これらの電極間に直流電界を印加することにより、強誘電体２の内部に電界分布を形成し、強誘電体の厚さ方向において所望の誘電率分布を得ることができ、その誘電率を変化させることにより、伝送路のインピーダンスを制御するので、誘電率の変化が大きく、伝送路のインピーダンスを効率的に制御することができる。
【００２４】
直流電界は装置作動時に印加することができるし、作動時以外でも直流電界を印加することにより、いつでもインピーダンスを制御することができる。また、外部制御回路を電極４に接続し、この外部制御回路により、電極４を駆動してバイアス直流電界を任意に変化させてインピーダンスを制御することもできる。
【００２５】
なお、強誘電体部２は、薄膜プロセスを用いて、基板、インターポーザ、パッケージ、又は半導体チップ等の上に形成することができる。又は、樹脂と強誘電体セラミックとの複合材料を、印刷技術等により、基板、インターポーザ、パッケージ、又は半導体チップ上に形成して、強誘電体部２を形成することもできる。
【００２６】
バイアス電界印加用電極４は、強誘電体部２上にスパッタ又は印刷技術によりを形成することができる。また、強誘電体材料と電極用導電体とを交互に形成することで、強誘電体部２の厚さ方向に対して、多層の電極配置構造を得ることができる。
【００２７】
図３は、横軸に周波数をとり、縦軸に伝送特性をとって、本発明の伝送損失と従来構造の伝送損失を比較して示すグラフ図である。本発明構造（図１、図２(ａ)）の場合は、従来構造Ａ(図４の電極配置)及び従来構造Ｂ（図２（ｂ）の電極配置）に比して、伝送損失が広範な周波数帯域において、小さくなっている。従って、本発明の伝送路の接続部は、伝送損失が小さい。よって、本発明は、インピーダンスが異なる伝送路間のインピーダンス不整合を効果的に調整することができ、伝送損失を低減することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明の伝送路接続部の実装構造は、ＧＨｚを超える高速・高周波用の回路に有効に利用することができる。しかし、利用周波数を限定するものではなく、ＧＨｚ以下の周波数帯の回路にも利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態に係る伝送路接続部の実装構造を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は(ａ)のＡ−Ａ線断面図である。
【図２】電極配置と電界分布との関係を説明する模式図であり、（ａ）は本発明の実施形態の実装構造、（ｂ）は従来の実装構造の図である。
【図３】横軸に周波数（ＧＨｚ）をとり、縦軸に伝送特性（ｄＢ）をとって、伝送路接続構造と伝送特性との関係を示すグラフ図であり、図中の従来構造Ａとは、図４に示す従来構造、従来構造Ｂとは図２（ｂ）の電極配置を有する従来構造、本発明構造とは、図１に示す実装構造についてのものである。
【図４】従来例の伝送路接続部の実装構造を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は(ａ)のＡ−Ａ線による断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  信号配線
２  強誘電体
３  基板
４  バイアス印加用電極
５  グランド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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