(57)【要約】【課題】高密度実装に適用することが可能なインピーダンス変換器を提供する。【解決手段】インピーダンス変換器は、基板１と、基板１の表面に形成された信号線路２と、基板１の裏面に形成された裏面グランド３とを備える。信号線路２の長さ方向に沿って基板１の厚さを徐々に変化させることにより、信号線路２に対して裏面グランド３を傾斜させる。【選択図】  図１
2013251863.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
この基板の表面に形成された信号線路と、
前記基板の裏面に形成された裏面グランドとを備え、
前記信号線路の長さ方向に沿って前記基板の厚さが徐々に変化す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記載のインピーダンス変換器において、
さらに、前記基板上の信号線路の周囲に形成された表面グランド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３】
請求項１または２記載のインピーダンス変換器において、
前記信号線路の幅が一定であ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記載のインピーダンス変換器において、
前記信号線路の長さ方向に沿って前記信号線路の幅が徐々に変化す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２記載のインピーダンス変換器において、
前記信号線路の長さ方向に沿って前記信号線路の幅が徐々に変化すると同時に前記表面グランド間の距離が徐々に変化す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、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に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
伝送線路によるインピーダンス変換器は、高周波帯での急激なインピーダンス変化による伝送特性の劣化を防ぐため、線路幅または線路幅とギャップを徐々に変化させ、所望のインピーダンスに変換させるものである（非特許文献１参照）。
【０００３】
図７（Ａ）は従来のインピーダンス変換器を上から見た平面図、図７（Ｂ）はこのインピーダンス変換器の斜視図である。図７（Ａ）、図７（Ｂ）において、１００はアルミナ等の誘電体からなる基板、１０１は基板１００の表面に形成された信号線路、１０２は基板１００の裏面に形成された裏面グランドである。図７（Ａ）、図７（Ｂ）の例では、信号線路１０１の幅がａからａ’へと徐々に変化している。
【０００４】
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場合、図７（Ａ）、図７（Ｂ）に示したように線路幅または線路幅とギャップをテーパー形状で徐々に変化させるので、パッドピッチが変化したり、実装面積が拡大したりするため、高密度実装に適用することが困難であった。例えば光通信用受信モジュールに使用されるフォトダイオード（以下、ＰＤ）とトランスインピーダンスアンプ（以下、ＴＩＡ）間の接続においては、通常、ＰＤの出力がハイ・インピーダンスで、ＴＩＡの入力が５０Ωであるためインピーダンス不整合による反射の影響を低減するため、ＰＤとＴＩＡを可能な限り短く接続する必要がある（非特許文献２参照）。ＰＤとＴＩＡ間に、図７（Ａ）、図７（Ｂ）に示したようなインピーダンス変換器を設けようとしても、ＰＤとＴＩＡのパッドピッチは同一になっていることが一般的なので、パッドピッチを変化させてしまうインピーダンス変換器を適用することは困難であった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【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
【非特許文献２】H.Fukuyama，et al.，“Photoreciver Module using an InP HEMT Transimpedance Amplefier for Over 40Gb/s”，IEEE J.Solid-State Circuits，vol.39，no.10，pp.1690-1696，2004
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上のように従来のインピーダンス変換器では、高密度実装に適用することが難しいという問題点があった。
また、従来のインピーダンス変換器では、インピーダンス変換効率が低いため、変換効率の向上が求められていた。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、高密度実装に適用することが可能なインピーダンス変換器を提供することを目的とする。
また、本発明は、従来よりもインピーダンス変換効率が高い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】
【０００８】
本発明のインピーダンス変換器は、基板と、この基板の表面に形成された信号線路と、前記基板の裏面に形成された裏面グランドとを備え、前記信号線路の長さ方向に沿って前記基板の厚さが徐々に変化することを特徴とするものである。
また、本発明のインピーダンス変換器の１構成例は、さらに、前記基板上の信号線路の周囲に形成された表面グランドを備えることを特徴とするものである。
また、本発明のインピーダンス変換器の１構成例において、前記信号線路の幅は一定である。
また、本発明のインピーダンス変換器の１構成例は、前記信号線路の長さ方向に沿って前記信号線路の幅が徐々に変化することを特徴とするものである。
また、本発明のインピーダンス変換器の１構成例は、前記信号線路の長さ方向に沿って前記信号線路の幅が徐々に変化すると同時に前記表面グランド間の距離が徐々に変化することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、信号線路の長さ方向に沿って基板の厚さを徐々に変化させることにより、マイクロストリップ線路やコープレーナ線路において、信号線路の幅を一定に維持したまま、特性インピーダンスを変化させることが可能となるので、実装面積の増大を抑制することができ、高密度実装を実現することができる。
【００１０】
また、本発明では、信号線路の長さ方向に沿って基板の厚さを徐々に変化させることに加えて、信号線路の幅を徐々に変化させることにより、マイクロストリップ線路を用いる従来のインピーダンス変換器よりも変換効率の高いインピーダンス変換器を実現することができる。
【００１１】
また、本発明では、信号線路の長さ方向に沿って基板の厚さを徐々に変化させることに加えて、信号線路の幅を徐々に変化させると同時に表面グランド間の距離を徐々に変化させることにより、コープレーナ線路を用いる従来のインピーダンス変換器よりも変換効率の高いインピーダンス変換器を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】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平面図、斜視図および側面図である。
【図２】従来のインピーダンス変換器および本発明の第１の実施の形態に係るインピーダンス変換器における特性インピーダンスと線路幅との関係を示す図である。
【図３】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における特性インピーダンスと、線路と裏面グランドの距離との関係を示す図である。
【図４】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平面図、斜視図および側面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係るインピーダンス変換器の平面図、斜視図および側面図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態に係るインピーダンス変換器の平面図、斜視図および側面図である。
【図７】従来のインピーダンス変換器の平面図および斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１（Ａ）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平面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のインピーダンス変換器の斜視図、図１（Ｃ）は図１（Ａ）のインピーダンス変換器を左側から見た側面図である。図１（Ａ）〜図１（Ｃ）において、１はアルミナ等の誘電体からなる基板、２は基板１の表面に形成された導体からなる信号線路、３は基板１の裏面に形成された導体からなる裏面グランドである。
【００１４】
本実施の形態は、伝送線路の１例であるマイクロストリップ線路を用いたインピーダンス変換器であり、信号線路２の長さ方向（信号の伝搬方向であり、図１（Ｂ）の左右方向）に沿って基板１の厚さｈを徐々に変化させることにより、信号線路２に対して裏面グランド３を傾斜させる。このように、本実施の形態では、信号線路２に対して裏面グランド３を傾斜させることで、信号線路２の幅ａを一定に維持したまま、マイクロストリップ線路の特性インピーダンスを変化させることが可能となる。なお、図１（Ｂ）では、基板１の厚さｈの変化率を一定、すなわち裏面グランド３の傾斜角度を一定としている。
【００１５】
マイクロストリップ線路の特性インピーダンスＺ0は、マイクロストリップ線路の断面構成から式（１）のように近似的に求められる。この式（１）については、文献「B.C.Wadell，“Transmission Line Design Handbook”，Artech House Publishers.，pp.93-95，1991」に開示されている。
【００１６】
【数１】
2013251863.tif 000003
【００１７】
式（１）では、信号線路２の幅ｗ＝ａとしている。εrは基板１の比誘電率、ｔは信号線路２の厚さである。式（１）より本実施の形態のマイクロストリップ線路の特性インピーダンスＺ0は、式（２）のようになる。
【００１８】
【数２】
2013251863.tif 000004
【００１９】
式（２）では、信号線路２と裏面グランド３との距離ｈ’＝ｈ＝ｌ×ｈｓｉｎθとしている。ｌは裏面グランド３の長さ、θは信号線路２に対する裏面グランド３の傾斜角度である。ｗ”は式（１）においてｗ＝ａとしたときのｗ’である。裏面グランド３の傾斜角度θを適宜設定することで、信号線路２と裏面グランド３との距離ｈ’を変化させることができ、マイクロストリップ線路の特性インピーダンスを入出力間で任意に変化させることができる。
【００２０】
図２は、図７（Ａ）、図７（Ｂ）に示した従来のインピーダンス変換器および本実施の形態のインピーダンス変換器における特性インピーダンスと線路幅との関係を示す図である。図２における２０は従来のインピーダンス変換器の特性インピーダンスを示し、２１は本実施の形態のインピーダンス変換器の特性インピーダンスを示している。
【００２１】
図３は、本実施の形態のインピーダンス変換器における特性インピーダンスと、信号線路２と裏面グランド３の距離との関係を示す図である。なお、図２、図３の例では、基板１として比誘電率εr＝９．８のアルミナ基板を用い、基板長を１０ｍｍとし、本実施の形態のインピーダンス変換器における信号線路２の幅ａを２５０ｍｍ、裏面グランド３の傾斜角度θを８．５°としている。図３から明らかなとおり、本実施の形態のインピーダンス変換器によれば、線路幅を変えることなく、特性インピーダンスを変化させることができる。
【００２２】
［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説明する。図４（Ａ）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平面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のインピーダンス変換器の斜視図、図４（Ｃ）は図４（Ａ）のインピーダンス変換器を左側から見た側面図である。図４（Ａ）〜図４（Ｃ）において、１は基板、２は信号線路、３は裏面グランド、４は基板１上の信号線路２の周囲に形成された導体からなる表面グランドである。
【００２３】
本実施の形態は、伝送線路の１例であるコープレーナ線路を用いたインピーダンス変換器であり、信号線路２の長さ方向（図４（Ｂ）の左右方向）に沿って基板１の厚さｈを徐々に変化させることにより、信号線路２に対して裏面グランド３を傾斜させる。このように、本実施の形態では、第１の実施の形態と同様に信号線路２に対して裏面グランド３を傾斜させることで、信号線路２と表面グランド４間の距離と、信号線路２の幅ａと、表面グランド４間の距離ｂとを一定に維持したまま、コープレーナ線路の特性インピーダンスを変化させることが可能となる。なお、図４（Ｂ）では、基板１の厚さｈの変化率を一定、すなわち裏面グランド３の傾斜角度を一定としている。
【００２４】
コープレーナ線路の特性インピーダンスＺ0は、コープレーナ線路の断面構成から式（３）のように近似的に求められる。この式（３）については、文献「B.C.Wadell，“Transmission Line Design Handbook”，Artech House Publishers.，pp.79-80，1991」に開示されている。
【００２５】
【数３】
2013251863.tif 000005
【００２６】
εrは基板１の比誘電率、εeffはコープレーナ線路の実効比誘電率である。式（３）より本実施の形態のコープレーナ線路の特性インピーダンスＺ0は、式（４）のようになる。
【００２７】
【数４】
2013251863.tif 000006
【００２８】
式（４）では、信号線路２と裏面グランド３との距離ｈ’＝ｈ＝ｌ×ｈｓｉｎθとしている。裏面グランド３の傾斜角度θを適宜設定することで、信号線路２と裏面グランド３との距離ｈ’を変化させることができ、コープレーナ線路の特性インピーダンスを任意に変化させることができる。
【００２９】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。図５（Ａ）は本発明の第３の実施の形態に係るインピーダンス変換器の平面図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のインピーダンス変換器の斜視図、図５（Ｃ）は図５（Ａ）のインピーダンス変換器を左側から見た側面図である。図５（Ａ）〜図５（Ｃ）において、１は基板、２ａは信号線路、３は裏面グランドである。
【００３０】
本実施の形態は、マイクロストリップ線路を用いたインピーダンス変換器であり、信号線路２ａの幅をａからａ’（ａ’＞ａ）へと徐々に変化させ、かつ信号線路２ａに対して裏面グランド３を傾斜させている。本実施の形態では、従来技術として用いられる信号線路のテーパー形状と第１の実施の形態とを組み合わせることにより、従来技術よりも変換効率の高いインピーダンス変換器を実現することができる。式（１）より本実施の形態のマイクロストリップ線路の特性インピーダンスＺ0は、式（５）のようになる。
【００３１】
【数５】
2013251863.tif 000007
【００３２】
式（５）では、信号線路２ａと裏面グランド３との距離ｈ’＝ｈ＝ｌ×ｈｓｉｎθとしている。ｗ”は式（１）においてｗ＝ａ’としたときのｗ’である。本実施の形態では、裏面グランド３の傾斜角度θを適宜設定し、かつ信号線路２ａの幅をａからａ’へと変化させることで、従来のインピーダンス変換器および第１の実施の形態のインピーダンス変換器よりも変換効率の高いインピーダンス変換器を実現することができる。
【００３３】
［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。図６（Ａ）は本発明の第４の実施の形態に係るインピーダンス変換器の平面図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）のインピーダンス変換器の斜視図、図６（Ｃ）は図６（Ａ）のインピーダンス変換器を左側から見た側面図である。図６（Ａ）〜図６（Ｃ）において、１は基板、２ａは信号線路、３は裏面グランド、４ａは表面グランドである。
【００３４】
本実施の形態は、コープレーナ線路を用いたインピーダンス変換器であり、信号線路２ａの幅をａからａ’（ａ’＞ａ）へと徐々に変化させると同時に表面グランド４ａ間の距離をｂからｂ’（ｂ’＞ｂ）へと徐々に変化させ、かつ信号線路２ａに対して裏面グランド３を傾斜させている。本実施の形態では、従来技術として用いられる信号線路のテーパー形状と第２の実施の形態とを組み合わせることにより、従来技術よりも変換効率の高いインピーダンス変換器を実現することができる。なお、ここでは、ｂ−ａ＝ｂ’−ａ’、すなわち信号線路２ａと表面グランド４ａ間の距離を一定としている。式（３）より本実施の形態のコープレーナ線路の特性インピーダンスＺ0は、式（６）のようになる。
【００３５】
【数６】
2013251863.tif 000008
【００３６】
式（６）では、信号線路２ａと裏面グランド３との距離ｈ’＝ｈ＝ｌ×ｈｓｉｎθとしている。本実施の形態では、裏面グランド３の傾斜角度θを適宜設定し、かつ信号線路２ａの幅をａからａ’へと変化させると同時に表面グランド４ａ間の距離をｂからｂ’へと変化させることで、従来のインピーダンス変換器および第２の実施の形態のインピーダンス変換器よりも変換効率の高いインピーダンス変換器を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、半導体高周波モジュールに実装されるインピーダンス変換器に適用することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１…基板、２，２ａ…信号線路、３…裏面グランド、４，４ａ…表面グランド。
【図１】
2013251863.tif 000009
【図２】
2013251863.tif 000010
【図３】
2013251863.tif 000011
【図４】
2013251863.tif 000012
【図５】
2013251863.tif 000013
【図６】
2013251863.tif 000014
【図７】
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