(57)【要約】複数の共面導波管は、金（Ａｕ）などの付着した１つの材料で形成したいずれかの側面上に１本の中央信号線路と複数の接地線路の１組と、を有する。線路の隣接する複数のエッジに沿う複数の電流の集中と流れの原因となる高周波動作におけるエッジ効果として知られる効果に、このような複数の導波管は支配される。線路の隣接する複数のエッジ上にのみより厚くメッキした１つの層を設けることにより、金の相当の量を節減し、従って諸々のコストを削減する一方、付着しただけの複数の線路に対して実質的な性能の改良をもたらす。
2006512014.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導波管デバイスであって、
平行に位置し、導電体材料の第１の１つの層を含む、複数の伝送路と、
前記複数の伝送路のそれぞれの複数のエッジの上に位置する導電体材料の第２の１つの層と
を備え、
導電体材料の前記第２の層の１つの幅が導電体材料の前記第１の層の１つの幅より狭い、
デバイス。
【請求項２】
前記複数の伝送路が、
１本の中央信号線路と、
前記信号線路の第１の１つの側面に位置する第１の１本の接地線路と、
前記信号線路の第２の１つの側面に位置する第２の１本の接地線路と
を備え、
導電材料の前記第２の層が前記信号線路の両エッジの上に位置し、かつ前記第１および前記第２の接地線路の上の、前記信号線路に隣接する複数のエッジの上に位置する、
請求項１に記載の導波管デバイス。
【請求項３】
導電体材料の前記第１の層と導電体材料の前記第２の層がそれぞれ金、アルミニウム、ニッケル、銅、およびこれらの複数の合金の１つを含む、請求項１に記載の導波管デバイス。
【請求項４】
導電体材料の前記第１の層が付着した１つの導電体材料を含む、請求項１に記載の導波管デバイス。
【請求項５】
導電体材料の前記第２の層がメッキした１つの導電体材料を含む、請求項４に記載の導波管デバイス。
【請求項６】
導電体材料の前記第１の層が付着した金を含み、かつ導電体材料の前記第２の層がメッキした金を含む、請求項１に記載の導波管デバイス。
【請求項７】
前記信号線路に組み込む１つのスイッチを更に備える、請求項２に記載の導波管デバイス。
【請求項８】
前記スイッチが、前記信号線路におけるギャップにかかる１つの片持ち梁を含む、請求項７に記載の導波管デバイス。
【請求項９】
導電体材料の前記第２の層の前記幅が大凡５μｍ〜６０μｍの幅である、請求項１に記載の導波管デバイス。
【請求項１０】
共面導波管であって、
導電性の１つの基板層および導電性で垂直な複数のエッジ部を含むＵ型の１つの断面を持つ１本の信号線路と、
前記信号線路に隣接する１つのエッジ上に、導電性の１つの基板層および単一で垂直な導電性の１つのエッジ部を含むＬ型の１つの断面を持つ前記信号線路の第１の１つの側面上の第１の１本の接地線路と、
前記信号線路に隣接する１つのエッジ上に、導電性の１つの基板層および単一で垂直な導電性の１つのエッジ部を含むＬ型の１つの断面を持つ前記信号線路の第２の１つの側面上の第２の１本の接地線路と
を備える、導波管。
【請求項１１】
前記導電性の基板層が１つの付着および蒸着した導電性材料を含む、請求項１０に記載の共面導波管。
【請求項１２】
前記導電性材料が金、アルミニウム、ニッケル、銅、およびこれらの複数の合金の１つを含む、請求項１１に記載の共面導波管。
【請求項１３】
前記垂直な導電性エッジ部がメッキした１つの導電性材料を含む、請求項１０に記載の共面導波管。
【請求項１４】
前記メッキした導電性材料が金、アルミニウム、ニッケル、銅、およびこれらの複数の合金の１つを含む、請求項１３に記載の共面導波管。
【請求項１５】
前記信号線路に組み込む１つのスイッチを更に備える、請求項１０に記載の共面導波管。
【請求項１６】
前記垂直な導電性エッジ部の１つの幅が大凡５μｍ〜６０μｍの幅である、請求項１０に記載の共面導波管。
【請求項１７】
１つの共面導波管の作成方法であって、
誘電体の１つの層上に導電性材料の３本の平行線路を堆積させ、前記中央信号線路のいずれかの側面における１本の中央信号線路と第１および第２の複数の接地線路を形成する段階と、
前記３本の平行線路の隣接する複数のエッジ上に導電性の１つの材料を堆積する段階と
を備える、１つの共面導波管の作成方法。
【請求項１８】
前記導電性材料が金、アルミニウム、ニッケル、銅、およびこれらの複数の合金の１つを含む、請求項１７に記載の１つの共面導波管の作成方法。
【請求項１９】
前記３本の平行線路の隣接する複数のエッジ上の前記１つの導電性材料が大凡５μｍ〜６０μｍの幅である、請求項１７に記載の１つの共面導波管の作成方法。
【請求項２０】
前記中央信号線路における１つのスイッチを形成する段階を更に備える、請求項１７に記載の１つの共面導波管の作成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の複数の実施形態は複数の伝送路に関係し、かつより詳細には複数の高周波（ＲＦ）応用において使用する複数の伝送路における導電性材料の量の削減に関する。
【背景技術】
【０００２】
１つの電気信号の周波数が高くなると、ＲＦ（無線周波数）のエネルギーは導電体媒体の表面あるいは上層部の近くに集中する傾向があることは良く知られている。周波数が高いほど、導電体表面下の導電層は薄くなる。１つの固体導電体の代わりに撚線を使用するなどして、この現象を緩和するのに使用する、導電体の実効表面積を増加させる複数の技術が存在する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この現象は導電体の自己インダクタンスに起因する。全ての交流電流の流れはそれ自体と複数の電界と対応する複数の磁界が関連し、これらの電磁界がキャリア（複数の電子）に影響を与え、キャリア（複数の電子）を導電体表面に向かわせる傾向がある。周波数が高いほど、表面へ向かう力は強い。これは複数のＲＦの応用において最も顕著である。この現象は、１つの直流（ＤＣ）あるいは複数のより低周波ＡＣの１つの電流に対する同一導電体の抵抗と比較して、複数のより高周波の複数の交流（ＡＣ）電流に対する１つの導電体の実効抵抗の増大を引き起こす。
【０００４】
とりわけこれらの複数の理由により、複数の高周波領域（即ち、Ｇｈｚ）で動作する複数の電子デバイス間の複数の単純な相互接続を効率的に使用することが出来ない。代わりに、複数の共面導波管あるいは複数のマイクロストリップデバイスなどの複数の導波管デバイスにより複数の信号を搬送する。複数の共面導波管の場合、１つの誘電体表面の上に模様を付けられた平行な複数の導電性線路を使用して複数の信号を搬送する。しかしながら前述したように、複数の高周波数では、電流は導電体の表面に沿って移動する傾向にある。さらに平行な導電性線路の構造により、電流は導電体の隣接する複数のエッジに沿って集中する傾向にある。これは、時に「エッジ効果」と呼ばれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
近年の複数の高周波応用では、複数の共面導波管などの複数の伝送路を使用して、１つの電子回路から別の電子回路へ複数の信号を搬送する。これらの導波管デバイスはまた、信号電流の流れの制御のために導波管デバイスに組み込む複数の機械スイッチを含むことができる。導電性の複数の理由により、伝送路を金（Ａｕ）などの厚い１つの導電体材料によりメッキする。しかしながら、複数の伝送路を厚くメッキすると、導電体材料のかなりの複数の量を消費する。事実１つのマルチ帯域スイッチモジュールについて、導電体材料の８０％以上を伝送路に使用すると見積もられている。個々のスイッチは導電体材料の小さな１つの僅かな部分を消費するに過ぎない。
【０００６】
導電体材料のコストは全体のコストのかなりの１つの部分となりうるので、使用する導電体材料の量の削減は導波管コストを削減するために望ましい。しかしながら、スイッチの形成に使用する複数の材料の量は実質的に機械的および処理上の複数の制約によって決まり、このため複数の材料の量を容易には削減できない。従って、本発明の複数の実施形態は信号伝送品質の目に見える損失を伴うことなく、伝送路自体に使用する導電体材料の量を削減するように設計する複数の構造を提供する。
【０００７】
図１は複数の高周波電子応用において使用する伝送デバイスの１つのタイプである、１つの共面導波管１０を示す。一実施形態では、１つの誘電体基板層１２の上に平行に、等距離を置いて離して３つの導電性金属ストリップを設ける。従来、これらのストリップはＡｕなどの導電性材料の厚い１つの層を含む。一実施形態によれば、中央のストリップを信号線路１６と呼び、かつ外側の２本のストリップを接地線１８と称されて良い。前述のように高周波の動作では、導波管１０において搬送する電流は、伝送路の上層部に沿うのみならず、伝送路の隣接する複数のエッジに沿って集中する傾向にある。これは、時に「エッジ効果」と呼ばれ、かつこれは、さらに電流に影響を及ぼし、導電体１６および１８の隣接するエッジに向かわせる傾向のある、電界ベクタ２０により示す電磁界による影響を受ける可能性がある。
【０００８】
次に図２Ａ〜２Ｂを参照して、複数の共面導波管は、ＭＥＭｓ（マイクロ電気機械システム）の複数の構成技術により作成する複数のスイッチなどの、複数の片持ちスイッチを含むことが出来る。これらのスイッチは、中央信号線路１００（図１の１６）と直列に構成して、導波管を通る複数の信号接続を接続あるいは切断することが出来る。図２Ａは１つの片持ちスイッチなどの１つの側面を見た図であり、一方図２Ｂは同じスイッチの上面を見た図である。
【０００９】
スイッチは１つの基板１０４の上に模様を付けられた１つの切断された信号線路１００および１０２を含む。Ａｕなどの１つの底面金属層１０８を誘電体層１０４の上に象ることが出来る。１つの片持ち梁１１０は、信号線路１００の第１の部分と信号線路１０２の第２の部分との間の空間を跨いで、信号線路１００の第１の部分から外側に向けて突出する。片持ち梁１１０は１つの中央部分１１２と１つの先端部１１４を含む。先端部分１１４は先端部分の下側に導電性のバンプ（底面電極）を含むことが出来る。動作中は、片持ち梁の中央部分１１２の下にある１つのパッド１１８に１つの起動電圧を印可する。この電圧１１０は片持ち梁１１０を下方に引き下げ、電極１１６が底面金属層１０８の１つの露出部分１２０と電気的に接触する。こうして、１つの電気回路が閉路し、かつ複数の信号が信号線路１００の第１の部分と信号線路１０２の第２の部分との間を自由に流れることが出来る。
【００１０】
図２Ａおよび図２Ｂに示すＭＥＭｓスイッチは製造が簡単である。底面金属層１０８の厚さ、底面電極１１６の厚さおよび厚さと梁１１０は機械的および処理上の複数の制約により実質的に決まる。これらの厚さは大部分の場合容易には削減されない。代表的には、底面電極１１８は厚さが１μｍより薄すく、かつ梁１１０の厚さは５μｍより厚い。
【００１１】
本発明の１実施形態は１つの導波管の信号および接地線路の製造において使用する導電体材料の量を削減することに向けられている。図３Ａ−Ｂを参照して、図３Ａは本発明の導波管を上から見た１つの図を示し、かつ図３Ｂは線分１−１’に沿って切った伝送路の１つの断面図を示す。図示するように、共面導波管は平行に、大凡等距離を置いて離して配置した３つの導電体線路３００，３０２，および３０４を含む。中央導電体３００の幅および線路間のギャップにより導波管のインピーダンスが決まる。これらの構造は基礎をなす基板の誘電体定数に依存する。中央伝送路は信号線路３００であり、かつ両側の２本の伝送路は接地線路３０２および３０４である。伝送路３００，３０２および３０４のそれぞれは金（Ａｕ）などの第１の薄く付着させた、あるいは蒸着させた１つの導電体層３０６を含む。薄い層のそれぞれの上に、またＡｕであってよい第２のより厚くメッキした導電体層３０８がある。勿論、Ａｕは使用することの出来る唯一の材料ではない。例えば、アルミニウム（ＡＬ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、これらの複数の合金、あるいは複数の導波管導電体として一般に使用する任意の他の導電体材料を使用しても良い。
【００１２】
より厚くメッキした導電体層３０８は付着させたＡｕ層３０６の隣接する複数のエッジに沿ってのみメッキする。図３Ｂに示すように、エッジをメッキした信号線路３００の断面は、Ｕ型をなすことができ、これは導電性基板層３０６と、より厚くメッキした材料からなる２つの垂直な導電性エッジ部３０８とからなる。同様に、２枚の接地面３０２および３０４はＬ型の断面をなすことができ、これはまた導電性基板層３０６からなる。しかしながら、接地面３０２および３０４はそれぞれ信号線路３００に隣接する１つのエッジ上に１つの垂直な導電性エッジ部３０８のみを持つことが出来る。複数の高周波において複数の電流は伝送路のエッジに集中する傾向があるので、伝送路のエッジ３０８のみをメッキすることにより、目に見えるあらゆる性能の損失を伴うことなく、導電体材料のかなりの１つの量を節減することが出来る。
【００１３】
図４Ａ〜４Ｄは導波管のエッジをメッキした伝送路を製造するための処理の１つの流れを示す。このような複数の線路を製造する方法は他にも多くあるので、勿論これは１つの実施例として提示するものである。図４Ａに示すように、Ａｕ、Ｎｉ、あるいはＣｕなどの導電体線路のための底面導電体層３０６を付着あるいは蒸着により１つの誘電体基板４００の上に堆積させる。誘電体基板４００はＳＩＯ２、あるいはある他の適当な材料であって良い。この底面導電体層３０６は大凡０．２−０．５μｍの厚さであって良い。図４Ｂにおいて、その後の１つの電気メッキ処理のためにウェーファに渡って電気的導電性を与える１つの「核の層４０２」により、底面導電体層を覆う。この核の層３０６は大凡０．１−０．２μｍの厚さであって良い。
【００１４】
次に、図４Ｃを参照して、模様を付けられた１つの絶縁塗料４０４をエッジをメッキするための型板として堆積させる。図４Ｄにおいて、導電体材料３０８のより厚い１つの層（例えば、Ａｕ、Ｎｉ、あるいはＣｕ）をメッキ処理などにより堆積させることが出来、かつ導電体材料３０８のより厚い１つの層は底面導電体層３０６の隣接するエッジの上の露出領域を塞ぐ。より厚くメッキした層３０８を幾つかの上層部の深さの厚み（例えば２Ｇｈｚのとき５μｍ）にすることが出来る。
【００１５】
次いで、絶縁塗料４０４を核の層４０２と共に除去する。図４Ｄに示すように、結果は、１本の信号線路３００，および信号線路３００の両側に実質的に等距離をおいて離れた複数の接地線路３０２と３０４の１つの組を含む３本の共面導電性線路であり得る。勿論、エッジのメッキ幅を絶縁塗料４０４の配置により容易に制御する。
【００１６】
図５と６に示すように、エッジをメッキした伝送路の満足の行く性能を電磁的（ＥＭ）コンピュータシミュレーションにより立証することが出来る。従来通り完全にメッキした複数の線路は最良の性能をもたらす一方、実証したように、性能とコストとの間で良いトレードオフを行うことが出来る。
【００１７】
図５と図６の双方を参照して、図５はエッジをメッキする導電体材料の種々の複数の幅に対する、ケース１、ケース２、ケース３、ケース７、およびケース８とラベルを付した幾つかのケースを示す。これらのケースは、図６に示すＥＭシミュレーションのグラフと一致し、図６は、メッキしない場合から（ケース１）から完全にメッキする場合（ケース８）に至るエッジメッキの種々の複数の幅の伝送路により搬送する２ＧＨｚの１つの信号に対する性能を図で表す。
【００１８】
図５を参照して、ケース１は伝送路のエッジメッキ（例えば、付着あるいは蒸着した金のみ）がない場合を示す。ケース２は，施したエッジメッキが５μｍの幅である場合を示す。ケース３は，１０μｍのエッジメッキを施す場合を示す。ケース７は，６０μｍのエッジメッキを施す場合を示す。最後にケース８は、信号線路を完全にメッキする場合（即ち、付着あるいは蒸着を行った金の導電体線路を金により完全にメッキする従来の場合）を示す。
【００１９】
図５に示す５つのケースを含む、８つのケースに対する性能対メッキ幅を、図６に示すグラフは示す。図示するように、導電体線路にＡｕメッキがない場合（ケース１）、２ＧＨｚの１つの信号は−１．４ｄＢ／ｃｍの１つの損失となる。導電体線路を完全にメッキする（ケース８）階級の反対の端の場合、２ＧＨｚの１つ信号に関して約−０．４ｄＢ／ｃｍの１つの損失があるのみである。これはケース１に対して２８０％の１つの改良を表す。５μｍの１つの幅のエッジメッキのみがあるケース７に対して、損失が−１．４ｄＢ／ｃｍの値から−０．９ｄＢ／ｃｍへ大幅に改良されることが注目される。同様に、電気メッキした金属の４０％を除去するケース７対ケース８では、性能は僅かに１５％だけ劣化する。
【００２０】
従って、本発明に係わるエッジメッキした伝送路は、Ａｕの相当の量を節減する一方、薄くＡｕを付着させた複数の線路に対して実質的な性能の改良をもたらす。さらに、エッジメッキをする複数の伝送路は、組み込みスイッチを構成する過程で付加的な複数のステップを必要とすることなく作成することが出来る代表的に、エッジをメッキした線路の性能は薄く付着したＡｕだけからなる線路より遙かに良く、かつ導電体材料の実質的な複数の量を節減し、従ってコストを大幅に削減する。さらに、マイクロストリップおよびストリップライン伝送路の複数のデバイスなどの、他の複数のタイプの平面型の複数の伝送路に、本発明の複数の実施形態を適用することが出来る。
【００２１】
本発明の複数の実施形態を特にここで図示および／または説明する。しかしながら、本発明の複数の変更および複数の変形は上記の技術に含まれ、かつ本発明の精神と意図する範囲から逸脱することなく添付の特許請求の範囲内にあることが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】従来の１つの共面導波管の１つの平面図である。
【図２Ａ】１つの組み込みスイッチを含む１つの導波管信号線路を横から見た１つの図である。
【図２Ｂ】図２Ａに示す導波管信号線路と組み込みスイッチを上から見た１つの図である。
【図３Ａ】本発明のエッジをメッキした導波管を上から見た１つの図を示す。
【図３Ｂ】線分１−１’に沿って切った図３Ａに示すエッジをメッキした導波管の１つの断面図を示す。
【図４Ａ】例示的処理の複数のステップにおけるエッジをメッキした導波管を示す図である。
【図４Ｂ】例示的処理の複数のステップにおけるエッジをメッキした導波管を示す図である。
【図４Ｃ】例示的処理の複数のステップにおけるエッジをメッキした導波管を示す図である。
【図４Ｄ】例示的処理の複数のステップにおけるエッジをメッキした導波管を示す図である。
【図５】エッジをメッキする導電体材料の種々の複数の幅を持つ四つのケースの複数の導電体線路を示す。
【図６】性能に対するメッキしない場合（ケース１）から完全にメッキをする場合（ケース８）に至るエッジのメッキの種々の複数の幅との関係を示す１つのグラフである。
【図１】
2006512014.tif 000003
【図２Ａ】
2006512014.tif 000004
【図２Ｂ】
2006512014.tif 000005
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
2006512014.tif 000011
【図５】
2006512014.tif 000012
【図６】
2006512014.tif 000013
【国際調査報告】
2006512014.tif 000014
2006512014.tif 000015
2006512014.tif 000016