(57)【要約】【課題】伝送線路の寸法上の設計自由度を確保することが可能なインピーダンス整合回路を提供すること。【解決手段】一枚の絶縁性基板１２に形成された伝送線路１４を備え、伝送線路を伝送される高周波信号の入力側ＩＮと出力側ＯＵＴのインピーダンスを整合させるインピーダンス整合回路であって、入力側の絶縁性基板の厚みＷ１と、出力側の絶縁性基板の厚みＷ２とが異なっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一枚の絶縁性基板に形成された伝送線路を備え、該伝送線路を伝送される高周波信号の入力側と出力側のインピーダンスを整合させるインピーダンス整合回路であって、
前記入力側の前記絶縁性基板の厚みと、前記出力側の前記絶縁性基板の厚みとが異なっていることを特徴とするインピーダンス整合回路。
【請求項２】
前記絶縁性基板の厚みが、前記入力側から前記出力側にかけて階段状に変化していることを特徴とする請求項１に記載のインピーダンス整合回路。
【請求項３】
前記伝送線路が前記入力側から出力側にかけて分岐していることを特徴とする請求項１又は２に記載のインピーダンス整合回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、高周波回路で用いられるインピーダンス整合回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
伝送線路に半導体装置が接続された高周波回路においては、一般に、伝送線路の特性インピーダンスを５０Ωとする。半導体装置は、出力電力を確保するために、伝送線路に並列に接続することが広く行われる。一般に、半導体装置の特性インピーダンスは低いので、伝送線路と半導体装置との間にインピーダンス整合回路を設けることが従来から広く行われていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に開示されたインピーダンス整合回路は、一枚のセラミックス基板にマイクロストリップラインからなる伝送線路と、スタブとを備えている。しかし、このインピーダンス整合回路は、高周波信号の周波数、セラミックス基板の厚み及び誘電率、並びに整合すべきインピーダンスにより、スタブや伝送線路の寸法がほぼ一義に決まってしまい、設計自由度が非常に低い。
【０００４】
この問題点を解決するために、誘電率の異なる２枚の基板を用いて、インピーダンス整合回路を形成する技術が開示されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
非特許文献１に開示されたインピーダンス整合回路は、互いに金線で結ばれた誘電率の異なる２枚の基板に跨って、インピーダンス整合回路を形成している。このように構成することにより、確かにインピーダンス整合回路の寸法上の設計自由度は向上する。
【特許文献１】特開平６−６１５１号公報
【非特許文献１】三菱電機技報  Ｖｏｌ．７８，Ｎｏ．３，２００４，ｐｐ４２〜４５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、非特許文献１のインピーダンス整合回路では、新たに、
（１）インピーダンス整合回路を構成する部品点数が増すことにより、製造工程数が増加してしまう
（２）インピーダンス整合回路を構成する２枚の基板を正確に位置合わせする必要がある
（３）インピーダンス整合回路の設計にあたり、２枚の基板の接続に用いられる金線に由来して余分なインダクタンス成分を考慮する必要がある
（４）誘電率の異なる２枚の基板を使うことにより、コストが増加する
等の問題点が生じる。
【０００７】
発明者らは、鋭意検討の結果、インピーダンス整合回路の基板の厚みを入力側と出力側とで変化させることで、上述した（１）〜（４）の問題を解決できることに想到した。
【０００８】
したがって、この発明の目的は、寸法上の設計自由度を確保しつつ、上述した（１）〜（４）の問題を解決するインピーダンス整合回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した目的の達成を図るために、この発明のインピーダンス整合回路は、一枚の絶縁性基板に形成された伝送線路を備え、伝送線路を伝送される高周波信号の入力側と出力側のインピーダンスを整合させる。ここで、入力側の絶縁性基板の厚みと、出力側の絶縁性基板の厚みとが異なっている。
【００１０】
このように構成することにより、絶縁性基板の実効的な誘電率を高周波信号の入力側と出力側とで変化させることができる。
【００１１】
つまり、上述した非特許文献１に開示された誘電率の異なる２枚の基板からなるインピーダンス整合回路と同様の効果を得ることができる。
【００１２】
なお、ここで、「絶縁性基板の厚み」とは、伝送線路が延在する絶縁性基板の主面に垂直な方向に沿って測った、絶縁性基板の長さのことを示す。
【００１３】
上述のインピーダンス整合回路の実施に当り、絶縁性基板の厚みが、入力側から出力側にかけて階段状に変化していることが好ましい。
【００１４】
また、伝送線路が入力側から出力側にかけて分岐していることが好ましい。
【００１５】
このように構成することにより、厚みの薄い出力側に複数の半導体装置を並列に接続した場合に、個々の半導体装置とつながる伝送線路の幅をせまくすることができる。伝送線路のそれぞれの幅がせまくなることにより、結果として、インピーダンス整合回路の全幅を狭くすることが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
この発明では、インピーダンス整合回路に用いられる絶縁性基板の厚みを、高周波信号の入力側と出力側とで異ならせている。その結果、基板の厚みを変えることにより、この厚みの変化の態様に応じて入力側と出力側とでインピーダンスを変化させることができる。
【００１７】
より詳細には、絶縁性基板の厚みを厚くすれば、特性インピーダンスを変化させずに、高周波信号の伝播方向に直交する伝送線路の幅（以下、単に、「伝送線路の幅」と称することもある。）を広くすることができる。逆に、絶縁性基板の厚みを薄くすれば、特性インピーダンスを変化させずに、この伝送線路の幅をせまくすることができる。
【００１８】
換言すれば、伝送線路の幅が広く、所望の基板サイズからはみ出してしまう場合に、基板の厚みを薄くすることにより、特性インピーダンスを変化させずに、伝送線路の幅をせまくすることができる。その結果、インピーダンス整合回路を所望の基板サイズ内に収めることができる。
【００１９】
つまり、この発明では、１枚の絶縁性基板において、基板の厚みを一定とせずに変化させている。これにより基板の厚みを、特性インピーダンス及び伝送線路の幅を調整するためのパラメータの一つとしている。このようにインピーダンス整合回路において、設計上のパラメータに「２つ以上の基板の厚み」を加えることにより、伝送線路の幅を従来に比較してより柔軟に変更することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。なお、各図は、各構成要素の形状、大きさ及び配置関係について、この発明が理解できる程度に概略的に示したものにすぎない。また、以下、この発明の好適な構成例について説明するが、各構成要素の材質及び数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は、以下の実施の形態に何ら限定されない。また、各図において、共通する構成要素には同符号を付し、その説明を省略することもある。
【００２１】
（実施の形態１）
図１は、インピーダンス整合回路の構成を模式的に示す斜視図である。
【００２２】
この実施の形態のインピーダンス整合回路１０は、一枚の絶縁性基板１２に形成された伝送線路１４を備えている。そして、伝送線路１４を伝送される高周波信号の入力側ＩＮと出力側ＯＵＴのインピーダンスを整合させる機能を有する。さらに、入力側ＩＮの絶縁性基板１２の厚みと、出力側ＯＵＴの絶縁性基板１２の厚みとが異なっている。
【００２３】
より詳細には、インピーダンス整合回路１０は、マイクロストリップラインからなる。また、絶縁性基板１２の第２主面すなわち裏面１２ｂの全面には、金属膜１６が形成されている。そして、絶縁性基板１２の第１主面すなわち上面１２ａには、所定の形状にパターニングされた金属膜としての伝送線路１４が形成されている。
【００２４】
図１に示すように、絶縁性基板１２は、矩形板状のセラミックス製である。ここで、セラミックスとしては、好ましくは、例えば、誘電率が５〜２００の基板を用いるのがよい。
【００２５】
また、図１に示すように、絶縁性基板１２は、入力側ＩＮと出力側ＯＵＴにかけて、階段状に厚みが減少している。具体的には、絶縁性基板１２は、段差部１２ｃにおいて、厚みが非連続的に変化する。絶縁性基板１２において、入力側ＩＮに位置し、厚みが厚い部分を「上段１２Ｈ」と称し、及び出力側ＯＵＴに位置し、厚みが薄い部分を「下段１２Ｌ」と称する。なお、上段１２Ｈの厚みｈ１は、好ましくは、例えば約６０〜５１０μｍとし、及び下段１２Ｌの厚みｈ２は、好ましくは、例えば約５０〜５００μｍとするのがよい。この絶縁性基板１２の厚みが非連続の２段に形成されている場合には、伝送線路１４は、上段１２Ｈの上面１２Ｈａと、段差部１２ｃの段差面１２ｃａと、下段１２Ｌの上面１２Ｌａに渡って連続的に形成される。
【００２６】
図１より明らかなように、伝送線路１４は、入力側ＩＮから出力側ＯＵＴにかけて、２本に分岐されている。より詳細には、伝送線路１４は、上段１２Ｈに設けられた上段線路１４Ｈと、段差部１２ｃに設けられた接続線路１４Ｃ，１４Ｃと、下段１２Ｌに設けられた下段線路１４Ｌ，１４Ｌとから構成されている。ここで、伝送線路１４としては、好ましくは、例えば、厚みが一定の金の薄膜を用いる。
【００２７】
上段線路１４Ｈは、外部回路（不図示）からの高周波信号が入力される入力端１４ａから、上段１２Ｈの上面１２Ｈａに渡って延在している。そして、上段１２Ｈの入力側ＩＮとは反対側の端部に設けられた分岐部１４ｂにおいて、２本に分岐している。なお、上段線路１４Ｈの高周波信号の伝播方向に直交し、かつ上面１２Ｈａに平行な方向の幅は、場所によらず等しく、Ｗ１とする。
【００２８】
接続線路１４Ｃ，１４Ｃは、段差部１２ｃの段差面１２ｃａすなわち垂直な壁面に設けられた伝送線路である。接続線路１４Ｃ，１４Ｃは、分岐部１４ｂにおいて２本に分岐した上段線路１４Ｈのそれぞれを下段線路１４Ｌ，１４Ｌに電気的に接続している。下段線路１４Ｌ，１４Ｌは、上段１２Ｈよりも厚みが薄い下段１２Ｌの上面１２Ｌａに形成されているので、高周波信号の伝播方向に直交し、かつ上面１２Ｈａに平行な方向の幅Ｗ２は、Ｗ１よりも狭く設計してある。したがって、接続線路１４Ｃ，１４Ｃは、幅がＷ１である上段線路１４Ｈと、幅がＷ２（＜Ｗ１）である下段線路１４Ｌ，１４Ｌとを接続するために、上段１２Ｈから下段１２Ｌにかけて幅がＷ１からＷ２へとテーパ状に狭くなるように形成されている。
【００２９】
下段線路１４Ｌ，１４Ｌは、接続線路１４Ｃ，１４Ｃに電気的に接続されていて、下段１２Ｌの上面１２Ｌａに渡って延在している。下段１２Ｌの上面１２Ｌａの出力側ＯＵＴには、インピーダンス整合回路１０を伝播する高周波信号を半導体装置（不図示）に出力するためのスタブ１４ｃ，１４ｃが設けられている。スタブ１４ｃ，１４ｃは、下段線路１４Ｌ，１４Ｌの端部から拡幅して、伝送線路１４を矩形状に形成したものであり、それぞれ下段線路１４Ｌ，１４Ｌに電気的に接続されている。なお、下段線路１４Ｌ，１４Ｌの幅Ｗ２は、場所によらず等しい。
【００３０】
続いて、この実施の形態のインピーダンス整合回路１０において、絶縁性基板１２の厚みを変化させることにより生じる効果について説明する。
【００３１】
図２に示すような一般的なマイクロストリップラインにおいて、特性インピーダンスＺ０と、伝送線路１４の幅Ｗと、絶縁性基板１２の厚みｈとの間には、以下に示す従来周知の関係が成り立つことが知られている。
Ｗ／ｈ＜１の場合：
Ｚ０＝（６０／εｆｆ０．５）ｌｎ（８ｈ／Ｗ＋０．２５Ｗ／ｈ）・・・（１）
εｆｆ＝（εｒ＋１）／２＋［（１＋１２ｈ／Ｗ）−０．５＋０．０４（１−Ｗ／ｈ）２］×（εｒ−１）／２・・・（２）
Ｗ／ｈ≧１の場合：
Ｚ０＝１２０π／［εｆｆ０．５×（Ｗ／ｈ＋１．３９３＋０．６６７ｌｎ（Ｗ／ｈ＋１．４４４）］・・・（３）
εｆｆ＝（εｒ＋１）＋（１＋１２ｈ／Ｗ）−０．５×（εｒ−１）／２・・・（４）
注）（１）〜（４）式において、εｒは、絶縁性基板１２の誘電率である。
【００３２】
なお、（１）〜（４）式中では、定数に繰り込まれているが、特性インピーダンスＺ０を決定するパラメータとしては、Ｗ及びｈの他に、高周波信号の周波数と伝送線路の厚みとが存在する。
【００３３】
これらの式によれば、特性インピーダンスＺ０を一定にした場合、絶縁性基板１２の厚みｈが大きければ、伝送線路１４の幅Ｗも大きくなり、及び絶縁性基板１２の厚みｈが小さければ、伝送線路１４の幅Ｗが小さくなることが分かる。
【００３４】
これは、絶縁性基板１２の厚みを薄くすることにより、特性インピーダンスを一定に保ったまま、伝送線路１４の幅を縮小できることを示している。つまり、この実施の形態のインピーダンス整合回路１０の場合には、厚みｈ１が厚い上段１２Ｈに形成された上段線路１４Ｈの幅Ｗ１よりも、厚みｈ２が薄い下段１２Ｌに形成された下段線路１４Ｌの幅Ｗ２を小さくすることができる（Ｗ１＞Ｗ２）。
【００３５】
詳細な説明は省略するが、以上の議論は、伝送線路１４のみでなく、スタブ１４ｃにも適用できる。つまり、絶縁性基板１２の厚みを薄くすることにより、スタブの幅（高周波信号の伝播方向に直交するスタブの長さ）も小さくすることができる。
【００３６】
（１）〜（４）式を用いたシミュレーションより、具体的な数値を挙げる。例えば、インピーダンス整合回路１０を伝播する高周波信号の周波数を２ＧＨｚとする。そして、整合すべき特性インピーダンスＺ０を３．７Ωとし、絶縁性基板の誘電率εｒを４０とし、及び伝送線路１４の厚みｄ（絶縁性基板１２の第１主面１２ａに垂直に測った伝送線路１４の長さ）を４μｍとする。
【００３７】
このシミュレーション条件で、絶縁性基板１２の厚みｈが２００μｍの場合には、３．７Ωの特性インピーダンスを得るためには、（３）式及び（４）式より、伝送線路１４の幅Ｗを約２ｍｍとする必要があることが分かる。それに対して、絶縁性基板１２の厚みｈを１００μｍに変化させた場合、３．７Ωの特性インピーダンスを得るためには、（３）式及び（４）式より、伝送線路１４の幅Ｗは約１ｍｍでよいことが分かる。
【００３８】
仮に、このシミュレーション結果を、この実施の形態のインピーダンス整合回路１０に当てはめた場合、上段１２Ｈ（厚みｈ１＝２００μｍ）の上段回路１４Ｈの幅Ｗ１は２ｍｍとなる。また、下段１２Ｌ（厚みｈ２＝１００μｍ）の下段回路１４Ｌの幅Ｗ２は１ｍｍとなる。
【００３９】
つまり、下段１２Ｌの厚みｈ２を薄くすることにより、２本の下段回路１４Ｌ，１４Ｌとして、合計２ｍｍずつ幅を狭くすることができる。また、スタブ１４ｃ，１４ｃに関しても、同サイズ以上の寸法縮小効果が期待できる。
【００４０】
ところで、図１より明らかなように、インピーダンス整合回路１０の全体の寸法は、主に、下段回路１４Ｌ，１４Ｌ、並びにスタブ１４ｃ，１４ｃのサイズにより規制されている。よって、下段回路１４Ｌ，１４Ｌ、並びにスタブ１４ｃ，１４ｃの寸法が縮小化されることで、インピーダンス整合回路１０を、厚みがｈ１で均一なものに比較して小型化することができる。
【００４１】
次に、図３を参照して、この実施の形態のインピーダンス整合回路の製造方法について説明する。
【００４２】
まず、図３（Ａ）に示すように、セラミックス基板１８を準備して、図３（Ａ）における斜線を施した部分、すなわち下段１２Ｌとなるべき部分を被覆する基板部分１８Ｎを研磨して、段差部１２ｃ及び下段１２Ｌを作成した絶縁性基板１２を形成する。
【００４３】
続いて、図３（Ｂ）に示すように、絶縁性基板１２の第１主面１２ａすなわち、上面側の露出面に伝送線路１４となるべき前駆領域１４ｄが露出した、フォトレジストパターン２４が形成された前駆基板２３を形成する。つまり、絶縁性基板１２の第１主面１２ａ、すなわち、上段１２Ｈの上面１２Ｈａ、段差部１２Ｃの段差面１２ｃａ及び下段１２Ｌの上面１２Ｌａの全面にフォトレジストを塗布する。その後、伝送線路１４のパターン形状が描かれたマスクを用いて露光及び現像を行い、フォトレジストパターン２４を形成する。
【００４４】
続いて、図３（Ｃ）に示すように、フォトレジストパターンが形成された前駆基板２３を金メッキ液中に浸漬して、金メッキを行う。その後、不要なフォトレジストパターンを剥離することで、上段１２Ｈと下段１２Ｌとに跨る伝送線路１４を形成する。これにより図１に示すようなインピーダンス整合回路１０を完成させる。
【００４５】
このように、この実施の形態のインピーダンス整合回路１０においては、階段状に厚みが変化する絶縁性基板１２に跨るように、伝送線路１４を形成している。その結果、基板の厚みを変えることにより、入力側と出力側とでインピーダンスを変化させることができる。
【００４６】
また、伝送線路１４の幅が広く、所望の基板サイズからはみ出してしまう場合に、絶縁性基板１２の厚みを薄くすることにより、特性インピーダンスを変化させずに、伝送線路の幅をせまくすることができ、所望の基板サイズ内に収めることができる。
【００４７】
また、上述した非特許文献１のインピーダンス整合回路における４つの課題（（１）部品点数の増加、（２）正確な位置合わせの必要性、（３）余分なインダクタンスの発生及び（４）コスト増加）を解決することができる。
【００４８】
次に、この発明の変形例について説明する。
【００４９】
図１に示したインピーダンス整合回路１０は、上段１２Ｈから下段１２Ｌにかけて伝送線路１４が２本に分岐していた。しかし、伝送線路の分岐数は２本には限定されない。例えば、図４（Ａ）に示すように、絶縁性基板１２の厚みを上段１２Ｈと中段１２Ｍと下段１２Ｌとで３段階に渡って変化させ、伝送線路２０を４分岐させるようにしてもよい。
【００５０】
また、この実施の形態においては、絶縁性基板１２の厚みを階段状に変化させる場合について説明した。しかし、絶縁性基板１２の厚みは、この発明の目的を達成するならば、階段状に変化する場合に限定されない。例えば、図４（Ｂ）に示すように、入力側ＩＮから出力側ＯＵＴにかけて直線的に厚みが減少するような絶縁性基板２２を形成してもよい。その場合には、伝送線路１４の幅を基板の厚みの態様に合わせて、連続的に変化させることが好ましい。また、絶縁性基板１２の厚みを曲線（例えば円弧）に沿って減少させるように形成してもよい。
【００５１】
また、この実施の形態においては、絶縁性基板１２として、セラミックス基板１８を用いた場合について説明した。しかし、絶縁性基板１２としては、ＳｉやＧａＡｓ等の半導体基板を用いることも可能である。
【００５２】
また、この実施の形態においては、インピーダンス整合回路１０を製造するに当り、均一な厚みのセラミックス基板１８の一部を研磨して薄くする場合について説明した。しかし、上段１２Ｈとなるべき部分では、グリーンシートの積層枚数を増やし、下段１２Ｌとなるべき部分では、グリーンシートの積層枚数を減らした基板前駆体を形成し、この基板前駆体を焼成することにより、セラミックス基板１８を形成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】この実施の形態のインピーダンス整合回路の構成を模式的に示す斜視図である。
【図２】一般的なマイクロストリップラインの説明に供する斜視図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｃ）は、この実施の形態のインピーダンス整合回路の製造工程の説明に供する工程図である。
【図４】（Ａ）は、インピーダンス整合回路の変形例を示す斜視図である。（Ｂ）は、インピーダンス整合回路の他の変形例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００５４】
１０  インピーダンス整合回路
１２  絶縁性基板
１２ａ  第１主面
１２ｂ  第２主面
１２ｃ  段差部
１２ｃａ  段差面
１２Ｈ  上段
１２Ｍ  中段
１２Ｌ  下段
１４，２０  伝送線路
１４ａ  入力端
１４ｂ  分岐部
１４ｃ  スタブ
１４Ｃ  接続線路
１４Ｈ  上段線路
１４Ｌ  下段線路
１６  金属膜
１８  セラミックス基板
ＩＮ  入力側
ＯＵＴ  出力側
【図１】
2009124475.tif 000003
【図２】
2009124475.tif 000004
【図３】
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【図４】
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