[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JP6871138B2 - Impedance transducer - Google Patents

Impedance transducer Download PDF

Info

Publication number
JP6871138B2
JP6871138B2 JP2017223358A JP2017223358A JP6871138B2 JP 6871138 B2 JP6871138 B2 JP 6871138B2 JP 2017223358 A JP2017223358 A JP 2017223358A JP 2017223358 A JP2017223358 A JP 2017223358A JP 6871138 B2 JP6871138 B2 JP 6871138B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
line
impedance converter
impedance
substrate
conductor layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2017223358A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2019096979A (en
Inventor
美和 武藤
美和 武藤
卓也 堤
卓也 堤
松崎 秀昭
秀昭 松崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP2017223358A priority Critical patent/JP6871138B2/en
Publication of JP2019096979A publication Critical patent/JP2019096979A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6871138B2 publication Critical patent/JP6871138B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Waveguides (AREA)

Description

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。 The present invention relates to an impedance converter, and more particularly to an impedance converter composed of a transmission line having a strip line structure, which is used in a semiconductor high frequency module.

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。)。 A strip line is used as a transmission line used in a high frequency circuit. A strip line is a type of transmission line that transmits electromagnetic waves, and is a conductor formed on the front surface and the back surface of a plate-shaped dielectric substrate, and a linear strip conductor formed inside the dielectric substrate (strip line). Hereinafter, it may be simply referred to as a "railway"). The conductors formed on the front surface and the back surface of the dielectric substrate are GND (hereinafter, the conductors formed on the front surface and the back surface of the dielectric substrate may be referred to as "ground layer").

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。 The characteristic impedance of such a strip line is determined by the width and thickness of the line, the dielectric constant of the dielectric substrate, and the distance between the line and the ground layer.

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。 When a load circuit or signal source having a certain impedance is connected to a high-frequency circuit, for example, the characteristic impedance of the load circuit or signal source is matched with the high-frequency circuit in order to efficiently transmit power and signals at these connection parts. I need to let you. In order to perform this impedance matching, an impedance converter formed so that the characteristic impedance is different at both ends of the strip line is used.

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)。 Conventionally, in an impedance converter using a transmission line, the back surface and the front surface of the dielectric substrate 30 are as shown in FIGS. 18 and 19A and 19B in order to prevent deterioration of transmission characteristics in a high frequency band due to a sudden impedance change. In the strip line 3 composed of the ground layers 31 and 32 formed in the above and the line (strip conductor) 33 formed inside the dielectric substrate 30, the line 33 is formed in a tapered shape in a plan view. By gradually changing the line width, it was converted into a desired impedance (Non-Patent Document 1).

特開2013−251863JP 2013-251863

P. Pramanick, et al., “Tapered Microstrip Transmission Lines,”IEEE MTT-S Int. Microw. Symp. Dig., vol. 1983, pp. 242-244. 1983.P. Pramanick, et al., “Tapered Microstrip Transmission Lines,” IEEE MTT-S Int. Microw. Symp. Dig., Vol. 1983, pp. 242-244. 1983.

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。 On the other hand, in recent years, the number of signals of semiconductor high-frequency modules has been increasing and the substrate connection pads have been miniaturized. That is, the number of signals input and output from the semiconductor high-frequency module is increasing due to the high functionality of the semiconductor high-frequency module, and it is necessary to reduce the external size in order to improve the functionality and cost of the semiconductor high-frequency module. Therefore, the distance between the substrate connection pad and the pad is becoming finer.

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。 As a result, there is a demand for the realization of a transmission line capable of routing multiple signals at high density in a wiring substrate connected to a semiconductor high frequency module, and an impedance converter that performs impedance conversion while maintaining high frequency characteristics by the transmission line.

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。 When impedance conversion is performed by strip lines while maintaining high frequency characteristics, in the prior art, as shown in FIGS. 20 and 21, a plurality of tapered lines 33-1, 33-2, 33-3 are provided, and each of them is provided. The line widths of the lines 33-1, 33-2, and 33-3 are gradually changed.

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。
However, in this case, as the line width of each of the lines 33 (33-1, 33-2, 33-3) increases, the pads 35 (35-1, 35-2, 35-3), 37 When the distance between (37-1, 37-2, 37-3) increases (FIG. 20) or the distance between the lines 33 (33-1, 33-2, 33-3) decreases, There is a problem that the crosstalk noise between the wirings becomes large (FIG. 21). In particular, crosstalk noise between wirings is generated by displacing the electrons of the other signal line when a signal pulse is transmitted by one of the signal lines adjacent to each other. Therefore, the smaller the distance between the plurality of lines 33 (33-1, 33-2, 33-3), the more the electrons generated on the other line 33 when the signal pulse is transmitted by one line 33. The amount of displacement also increases, and the crosstalk noise also increases.
Therefore, it may be difficult to apply an impedance converter using a strip line to a high-density mounting.

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。 Therefore, the present invention provides an impedance converter in a semiconductor high-frequency module that can be applied to so-called high-density mounting, which achieves both miniaturization of pad spacing and improvement of wiring density and reduction of crosstalk noise between wirings. The purpose is.

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前記基板の一の面に垂直な方向に沿った距離(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前記基板の一の面に垂直な方向に沿った距離がその線路の長手方向に沿って徐々に変化していることを特徴とする。 To achieve the above object, the impedance converter according to the present invention includes a substrate (10, 20) made of a dielectric, a first conductor layer formed on one surface of a substrate of this (11, 21) A plurality of conductors formed inside the substrate and separated from the first conductor layer and the second conductor layer, and a second conductor layer (12, 22) formed on the other surface of the substrate. Of the strip-shaped lines (13, 23), at least one of the plurality of lines is the substrate with at least one of the first conductor layer and the second conductor layer on one end side and the other end side thereof. The distances (h1, h3) along the direction perpendicular to one surface are different from each other, and one of the substrates with either the first conductor layer and the second conductor layer from one end side to the other end side. It is characterized in that the distance along the direction perpendicular to the plane gradually changes along the longitudinal direction of the line.

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。 In the impedance converter according to the present invention, the plurality of lines (13) are directed toward either one of the first conductor layer (11) and the second conductor layer (12) from one end side to the other end side, respectively. It may be gradually approaching.

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。 In the impedance converter, the plurality of lines (13) may be made to gradually approach the first conductor layer (11) and the second conductor layer (12) alternately.

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。 Further, in the impedance converter according to the present invention, the first conductor layer (21) formed on one surface of the plurality of lines (23) and the substrate (20) and the other surface of the substrate are formed. The second conductor layer (22) is characterized in that it gradually approaches the plurality of lines from the one end side to the other end side of the plurality of lines.

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。 In the impedance converter according to the present invention, a plurality of pads (15, 17) formed on one surface of the substrate and electrically insulated from the first conductor layer and the second conductor layer are further used. A plurality of vias (14, 16) for electrically connecting the ends of the plurality of lines and the plurality of pads may be provided.

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。 In the impedance converter according to the present invention, the substrate (10, 20) may be made of a dielectric containing benzocyclobutene.

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。 According to the present invention, both ends of the strip line are gradually changed from one end side to the other end side of the strip-shaped line (13, 23) and the conductor layer (11, 12, 21, 22). Since the characteristic impedance in the above is different, the characteristic impedance can be continuously converted while maintaining the width of the line and the gap between the lines. Therefore, it is possible to provide an impedance converter applicable to so-called high-density mounting, which achieves both miniaturization of pad spacing and improvement of wiring density and reduction of crosstalk noise between wirings.

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。FIG. 1A is a side view illustrating the configuration of the impedance converter according to the first embodiment of the present invention. 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。FIG. 1B is a plan view illustrating the configuration of the impedance converter according to the first embodiment. 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。FIG. 2A is a diagram showing a cross section of the impedance converter shown in FIG. 1B at aa'. 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。FIG. 2B is a diagram showing a cross section of the impedance converter shown in FIG. 1B at bb'. 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。FIG. 2C is a diagram showing a cross section of the impedance converter shown in FIG. 1B at cc'. 図3は、シミュレーションの条件を説明する図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the conditions of the simulation. 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。FIG. 4 is a diagram showing a simulation result of the characteristic impedance on the output side of the impedance converter according to the first embodiment and the impedance converter using the conventional tapered line. 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。FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the characteristic impedance of the impedance converter according to the first embodiment and the distance between the line and the ground layer closest to the line. 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。FIG. 6A is a diagram showing a model of a strip line having a conventional configuration by an electromagnetic field simulator. 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。FIG. 6B is a diagram showing a model of a strip line having a conventional configuration by an electromagnetic field simulator. 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。FIG. 7A is a diagram showing a model of the strip line according to the present embodiment by an electromagnetic field simulator. 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。FIG. 7B is a diagram showing a model of the strip line according to the present embodiment by an electromagnetic field simulator. 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。FIG. 8 is a diagram showing a simulation result regarding backward crosstalk using a model. 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。FIG. 9 is a diagram showing a simulation result regarding forward crosstalk using a model. 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。FIG. 10A is a side view illustrating the configuration of the impedance converter according to the second embodiment of the present invention. 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。FIG. 10B is a plan view illustrating the configuration of the impedance converter according to the second embodiment. 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。FIG. 11A is a diagram showing a cross section of the impedance converter shown in FIG. 10B at aa'. 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。FIG. 11B is a diagram showing a cross section of the impedance converter shown in FIG. 10B at bb'. 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。FIG. 11C is a diagram showing a cross section of the impedance converter shown in FIG. 10B at cc'. 図12は、シミュレーションの条件を説明する図である。FIG. 12 is a diagram for explaining the conditions of the simulation. 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。FIG. 13 is a diagram showing a simulation result of the characteristic impedance on the output side of the impedance converter according to the second embodiment and the impedance converter using the conventional tapered line. 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。FIG. 14 is a diagram showing the relationship between the characteristic impedance of the impedance converter according to the second embodiment and the distance between the line and the ground layer. 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。It is a figure which shows the model by the electromagnetic field simulator of the strip line which concerns on this embodiment. 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。FIG. 15B is a diagram showing a model of the strip line according to the present embodiment by an electromagnetic field simulator. 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。FIG. 16 is a diagram showing a simulation result regarding backward crosstalk using a model. 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。FIG. 17 is a diagram showing a simulation result regarding forward crosstalk using a model. 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。FIG. 18 is a conceptual diagram illustrating a configuration of an impedance converter using a conventional tapered line. 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。FIG. 19A is a conceptual diagram illustrating a configuration of an impedance converter using a conventional tapered line. 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。FIG. 19B is a conceptual diagram illustrating a configuration of an impedance converter using a conventional tapered line. 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。FIG. 20 is a conceptual diagram illustrating a configuration of an impedance converter using a conventional tapered line. 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。FIG. 21 is a conceptual diagram illustrating a configuration of an impedance converter using a conventional tapered line.

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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

[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。
[First Embodiment]
The configuration of the impedance converter 1 according to the first embodiment of the present invention is shown in FIGS. 1A to 2C. Here, FIGS. 1A and 1B are side views and plan views for explaining the configuration of the impedance converter 1, respectively, and FIGS. 2A to 2C are lines aa', b'b', and c shown in FIG. 1B, respectively. It is sectional drawing of the plane perpendicular to the substrate 10 at the position of -c'line. Here, FIG. 1B shows a state in which the conductor layer 12 is removed for easy viewing.

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。 As shown in these figures, the impedance converter 1 according to the first embodiment is formed on a substrate 10 made of a dielectric, a first conductor layer 11 formed on the lower surface of the substrate 10, and the upper surface of the substrate 10. The formed second conductor layer 12 (hereinafter, the first conductor layer 11 and the second conductor layer 12 may be collectively referred to as "ground layers 11 and 12") and two ground layers 11 inside the substrate 10. , 12 has a strip line structure with three lines 13 (13-1, 13-2, 13-3) made of conductors, each formed in strip shape. The substrate 10 is made of a dielectric such as benzocyclobutene.

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。 Further, a plurality of pads 15 (15-1, 15-2, 15-3) and 17 (17-1, 17-2, 17-3)) are formed on the upper surface of the substrate 10. While these pads 15 and 17 are electrically insulated from the ground layer 12, vias 14 (14-1, 14-2, 14-3) and 16 (16-1, 16) provided in the substrate 10 are provided. -2, 16-3) is electrically connected to the end of the line 13 (13-1, 13-2, 13-3).

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。 In the impedance converter 1 according to the present embodiment, the line widths of the lines 13-1, 13-2, and 13-3 are constant at W, but are formed on the lower surface of the substrate 10 from one end side to the other end side, respectively. The ground layer 11 is gradually approached toward either the ground layer 11 formed on the ground layer 11 or the ground layer 12 formed on the upper surface thereof.

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。)。 Lines 13-1 and 13-3 are formed on the upper surface of the substrate 10 from the input side to the output side, for example, if the left side is the input side and the right side is the output side when facing the paper surface in FIGS. 1A and 1B. The ground layer 12 is gradually approaching, and the distances from the ground layers 11 and 12 on the input side are h1 (see FIG. 2A), whereas the distance from the ground layer 12 on the output side is h3. (<H3) (see FIG. 2C). Further, the line 13-2 gradually approaches the ground layer 11 formed on the lower surface of the substrate 10 from the input side to the output side, and the distances from the ground layers 11 and 12 on the input side are other. Similar to the lines 13-1 and 13-3, each is h1 (see FIG. 2A), whereas the distance from the ground layer 11 on the output side is h3 (see FIG. 2C).

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。)。 Here, in order to consider the characteristic impedance of the impedance converter 1 according to the present embodiment, a parallel plate capacitor will be considered. In a parallel plate capacitor in which the distance between the plates is extremely small compared to the length of one side of the plates, the electric field (electric field) between the plates can be regarded as uniform. The parallel capacitance C of the strip lines at this time is proportional to the area S of the plates and inversely proportional to the distance d between the plates, and is expressed by the following equation (where ε is the dielectric constant).

Figure 0006871138
Figure 0006871138

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。 From Equation 1, it can be seen that as the distance (d) between the line and the ground layer decreases, the parallel capacitance (C) increases.

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。 The characteristic impedance (Z0) of the line is expressed by the following equation 2. However, in Equation 2, R, L, G, and C are series resistance (Ω), series inductance (H), parallel conductance (S), and parallel capacitance (F) per unit length of the line, respectively. ..

Figure 0006871138
Figure 0006871138

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。 Since the characteristic impedance becomes smaller as the distance between the line and the ground becomes smaller than that in the formulas 1 and 2, the line 13 and the ground layer 11 or the ground layer 12 are approached from the input side to the output side as described above. The strip line is an impedance converter in which the characteristic impedance is large on the input side and the characteristic impedance is small on the output side.

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。 The impedance converter according to this embodiment can be manufactured by the following steps.

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。 First, a dielectric such as benzocyclobutene or polyimide is deposited on the substrate to form a dielectric layer. The thickness (height) is the distance h3 between the line 13 and the lower ground layer 11 (see FIG. 2C). Next, a pattern made of a conductor such as Au is formed on the dielectric layer to a predetermined thickness, and then a dielectric layer is deposited around the conductor pattern so as to have the same height as the conductor pattern. This conductor pattern becomes a part of the line 13.

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。 Subsequently, on the conductor pattern and the dielectric layer, a new conductor pattern in contact with the previously formed conductor pattern is placed at a position shifted in the direction in which the line extends from the previously formed conductor pattern in a plan view. In addition, a dielectric layer is deposited so as to have the same height as this conductor pattern. At this time, the conductor pattern serving as a line may be formed together with the conductor pattern serving as a via. By repeating the formation of the conductor pattern and the dielectric layer in this way, a dielectric laminate containing a line having a desired shape composed of the conductor pattern is obtained. Once such a dielectric laminate is obtained, the deposit is separated from the substrate to form ground layers and pads on both sides thereof. In this way, the impedance converter according to the present embodiment can be obtained.

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。 Next, a simulation regarding the relationship between the distance between the line 13 and the ground layers 11 and 12 and the impedance will be described. In this simulation, it is assumed that Au metal is used for the ground layer 11, the ground layer 12 and the line 13, and a benzocyclobutene (BCB) substrate (εr = 2.7) is used for the substrate 10, and the line length is set to 300 μm. The characteristic impedance on the output side of the impedance converter according to the present embodiment was compared with the characteristic impedance on the output side of the impedance converter using the conventional tapered line.

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。
However, for both impedance converters, the line width on the input side was fixed at 4 μm, and the line-to-line gap (G) was fixed at 4 μm. Therefore, the line width of the impedance converter according to the present embodiment is fixed to 4 μm on both the input side and the output side, whereas the impedance converter using the conventional tapered line has a line width W on the output side. The parameters were changed from 4 μm to 8 μm.
In this simulation, as shown in FIG. 3, the distance h between the line of the impedance converter according to the present embodiment and the ground layer closer to this line is used as a parameter. In the conventional impedance converter using a tapered line, the distance between the line and the ground layer is fixed at 7 μm both above and below.

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。 FIG. 4 shows the line width (W) calculated under the above conditions, the characteristic impedance (A) on the output side of the impedance converter according to the present embodiment, and the output of the impedance converter using the conventional tapered line. It is a graph which shows the relationship with the characteristic impedance (B) of a side. In FIG. 4, the line width (W) and the actual line-to-line distance W + G are used on the vertical axis as indicators of the effect.

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。 In FIG. 4, the line indicated by “A” represents the change in the characteristic impedance on the output side of the impedance converter according to the present embodiment. From this, it can be seen that in the case of the impedance converter according to the present embodiment, the characteristic impedance on the output side can be changed without changing the line width and the line-to-line distance. In the impedance converter according to the present embodiment, the distance h between the line 13 and the ground layers 11 and 12 closer to the line 13 is h = 7 μm when the characteristic impedance value is 60 Ω. When the value of the characteristic impedance is 35Ω, h = 1 μm.

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。 On the other hand, the line indicated by "B" in FIG. 4 represents the change in the characteristic impedance on the output side of the impedance converter using the conventional tapered line. When the line width is increased from 4 μm to 12 μm (when converted to the distance between lines, W + G is increased from 8 μm to 16 μm), the characteristic impedance on the output side decreases from 60 Ω to 37 Ω.

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。 FIG. 5 shows the relationship between the characteristic impedance of the impedance converter according to the present embodiment and the distance h between the line 13 and the ground layers 11 and 12 closer to the line 13. From FIG. 5, it can be seen that when the value of the distance h changes from 7 to 1, the characteristic impedance on the output side changes from 61Ω to 35Ω. Here, the reason why the characteristic impedance is not linearly proportional to the value of the distance h is that the characteristic impedance of the line is between the line adjacent to the line rather than the influence of the distance h between the line and the ground layer. It is considered that the influence of the distance (line spacing) k is larger (in this example, when the distance h = 4 to 6 μm). If the line spacing k is always set to be larger than the distance h from the ground layer, the characteristic impedance value is proportional to the value of h.

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。 Next, the amount of crosstalk is compared between the impedance converter using the conventional tapered line and the impedance converter according to the present embodiment. 6A to 7B are stripline models by the electromagnetic field simulator Sonnet-EM. 6A and 6B are models of a conventional impedance converter, and FIGS. 7A and 7B are models of an impedance converter according to the present embodiment.

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。
In this simulation, in order to compare the amount of crosstalk, the gap G between lines was fixed at 4 μm, the line thickness was also fixed at 2 μm, and the characteristic impedance was adjusted to 50 Ω.
6A and 6B are examples of a model of an impedance converter using a conventional tapered line, in which the line width W = 6.5 μm and the line-ground interlayer distance h = 7 μm.
Further, FIGS. 7A and 7B are examples of the impedance converter model according to the present embodiment, in which the line width W = 4 μm and the line-ground interlayer distance h = 2.2 μm.
In addition, in order to simplify the calculation, the simulation is carried out with two lines on the output side of the impedance converter.

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。
The amount of crosstalk can be directly evaluated by setting a Port number for the input end and the output end of the line as shown in FIGS. 6B and 7B and examining the result of the S parameter.
8 and 9 represent backward (near-end) crosstalk and forward (far-end) crosstalk, respectively. More specifically, FIG. 8 shows the ratio (S31) to the voltage appearing in Port 3 when a signal is given to Port 1, and FIG. 9 shows the voltage ratio (S41) between Port 1 and Port 4. Both are displayed in decibels to make the difference easier to understand. In FIGS. 8 and 9, the line indicated by “A” represents the crosstalk of the conventional impedance converter, and the line indicated by “B” represents the crosstalk of the impedance converter according to the present embodiment.

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。 From FIG. 8, it can be seen that the backward crosstalk (“B”) by the impedance converter according to the present embodiment is smaller by about 10 dB in a wide range of 0 GHz to 100 GHz than the conventional one (“A”). Further, from FIG. 9, it can be seen that the impedance converter (“B”) according to the present embodiment is smaller by about 0 to 10 dB in a wide range of 25 GHz to 100 GHz with respect to forward crosstalk.

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。 As described above, according to the impedance converter according to the present embodiment, the distance between the line 13 and the ground layers 11 and 12 is gradually changed from the input side to the output side, so that a high frequency due to a sudden change in impedance is obtained. By making the distance between the line 13 and the ground layers 11 and 12 different between the input side and the output side while preventing the deterioration of the transmission characteristics in the band, the characteristic impedance Zi on the input side and the characteristic impedance on the output side of the strip line are different. Impedance converters different from Z0 can be configured.

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。 Therefore, even if the line width of the line 13 and the gap G between the lines are not changed, the line 13 can be brought closer to the upper and lower ground layers 11 and 12, and the distance between the line 13 and the ground layer 11 or the ground layer 12 can be changed. By adjusting the above, it is possible to form an impedance converter in which a desired characteristic impedance value can be set and the characteristic impedances on the input side and the output side of the line are different.

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。 Further, since it is not necessary to taper the line 13 to change the line width, the pads 15 (15-1, 15-2, 15-3), which accompany the increase in the line width of the line, as in the conventional case, It is possible to avoid an increase in the distance between 17 (17-1, 17-2, 17-3) and an increase in crosstalk noise between lines.

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。
Further, in the present embodiment, of the three lines 13, the output sides of the lines 13-1 and 13-3 at both ends are closer to the upper surface side than the lower surface side of the substrate 10, and the central line 13-2. The output side is closer to the lower surface side than the upper surface side of the substrate 10. That is, the three lines 13 alternately approach either the first ground layer 11 or the second conductor layer 12, respectively, and approach the upper surface or the lower surface of the substrate 10 from the input side to the output side, respectively. Are staggered.
As a result, as shown in FIGS. 2A to 2C, even if the gap G between the lines is kept constant, the distance between the lines (k1 <k2 <k3) increases from the input side to the output side, so that the cross between the lines It becomes easier to hold down the talk.

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。 In addition, since the tracks are alternately brought closer to the ground layer, the effect of reducing crosstalk can be obtained. Further, the line spacing is increased, and a further crosstalk reduction effect can be obtained at the same time. Therefore, according to the impedance converter according to the present embodiment, an impedance converter applicable to high-density mounting that achieves both miniaturization of pad spacing, improvement of wiring density, and reduction of crosstalk noise between wirings is provided. Can be formed.

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。
In this embodiment, the characteristic impedance on the output side of the impedance converter is reduced, but conversely, an impedance converter in which the characteristic impedance on the input side is reduced can be formed.
Further, in the above embodiment, the case where the number of split conductors (transmission lines) is three has been described as an example, but the present invention is not limited to this, and the present invention is a multi-lane with two or four or more. Needless to say, it's okay.

[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。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 10A to 17.
The impedance converter 2 according to the second embodiment is an impedance converter using a strip line, in which the distance between the line and the ground layer is gradually changed by gradually bringing the ground layers on the upper and lower surfaces closer to the strip-shaped line. Take.
10A to 11C are views showing the configuration of the impedance converter 2 according to the second embodiment, FIG. 10A is a side view of a surface parallel to the line, and FIG. 10B is a schematic plan view seen from above. 11A, 11B and 11C are cross-sectional views of a plane perpendicular to the line at the positions of the aa'line, the bb'line and the cc' line shown in FIG. 10B, respectively. Here, FIG. 10B shows a state in which the ground layer 22 formed on the upper surface of the substrate 20 is removed for easy viewing.

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。 As shown in these figures, the impedance converter 2 according to the second embodiment has a substrate 10 made of a dielectric such as benzocyclobutene (BCB) and conductivity such as Au formed on both surfaces of the substrate 10. A ground layer 21 and a ground layer 22 made of a body member, and a plurality of lines 23 (23-1, 23-2, 23-3) also formed of a conductor member in the substrate 20 are provided with the ground layer 21. The ground layer 22 is characterized in that it gradually approaches these lines from one end side to the other end side of the plurality of lines 23 formed inside the substrate 20.

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。)。 More specifically, for example, in FIGS. 10A and 10B, if the left side is the input side and the right side is the output side when facing the paper surface, the substrate 20 is formed so that the input side is thicker than the output side. The distance between the 23 and the ground layers 21 and 22 is the distance h1 between the line 23 and the ground layers 21-1 and 22-1 on the input side and the line 23 and the ground layers 21-3 and 22-3 on the output side. The distance h3 is h1> h3. Further, the substrate 20 is formed so as to gradually become thinner toward the output side in the intermediate portion, and the distance between the line 23 and the ground layers 21-2 and 22-2 in the intermediate portion h2 (h1> h2> h3). Is gradually decreasing from the input side to the output side (see FIGS. 10A, 11A to 11C).

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。 The impedance converter 2 described above can be manufactured by, for example, the following manufacturing process.

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。
First, a dielectric layer such as benzocyclobutene or polyimide is deposited on the substrate to form a dielectric layer. After that, in the case of dry etching processing, first, the part to be deeply processed (the part on the output side in FIGS. 10A and 10B) is patterned by photolithography, and the patterned photoresist is used as an etching mask to aim at the dielectric layer. Etch to the depth of.
Subsequently, the part to be etched second deeply (the part adjacent to the previously etched region) is patterned by photolithography, and the electric body layer is formed so that the connection portion with the previously etched region has a step shape. Etch to the desired depth. This step is repeated until a desired step shape is obtained in the intermediate portion.

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。
Further, when a photosensitive material is used for the electric body layer, it is possible to create a stepped shape by a simple method using only photolithography. For example, it is possible to create different photomasks for each depth, change the exposure conditions such as the exposure amount and depth of focus during photolithography for each mask, and obtain a stepped shape according to the exposure conditions during development. Become. For example, photolithography may be performed so that the exposure amount is large in the output side portion of FIG. 10B and the exposure amount is small in the input side portion.
Further, if the entire surface is processed by reactive ion etching or the like after forming these stepped shapes, a smoother shape can be created from the input side to the output side.

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。 Further, when the dielectric layer can be processed by a nanoimprint method or the like, a dielectric layer having a desired surface shape can be easily prepared by a special imprint pattern having this shape. This method is applicable to both the first and second embodiments. As a result, the characteristic impedance can be gradually converted while maintaining the line width.

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。 Next, a simulation regarding the relationship between the distance between the line 23 and the ground layers 21 and 22 and the impedance will be described. In this simulation as well, as in the description in the first embodiment, Au metal is used for the ground layer 21, the ground layer 22, and the line 23, and the substrate 20 is a benzocyclobutene (BCB) substrate (εr = 2.7). The line length was set to 300 μm, and the characteristic impedance on the output side of the impedance converter according to the present embodiment was compared with the characteristic impedance on the output side of the impedance converter using the conventional tapered line.

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。
In this simulation as well, for both impedance converters, the line width on the input side was fixed at 4 μm, and the line-to-line gap (G) was fixed at 4 μm. Therefore, the line width of the impedance converter according to the present embodiment is fixed to 4 μm on both the input side and the output side, whereas the impedance converter using the conventional tapered line has a line width W on the output side. The parameters were changed from 4 μm to 8 μm.
In this simulation, as shown in FIG. 12, the distance h between the line 23 of the impedance converter and the ground layers 21 and 22 according to the present embodiment is used as a parameter. In the conventional impedance converter using a tapered line, the distance between the line and the ground layer is fixed at 7 μm both above and below.

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。 FIG. 13 shows the line width (W) calculated under the above conditions, the characteristic impedance (A) on the output side of the impedance converter according to the present embodiment, and the output of the impedance converter using the conventional tapered line. It is a graph which shows the relationship with the characteristic impedance (B) of a side. Also in FIG. 13, the distance h between the line 23 and the ground layers 21 and 22 is used as a parameter, and the line width (W) and the actual line-to-line distance (W + G) are used as indicators of the effect on the vertical axis.

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。 In FIG. 13, the line indicated by “A” represents the change in the characteristic impedance on the output side of the impedance converter according to the present embodiment, and the line indicated by “C” represents the output of the impedance converter using the conventional tapered line. It represents the change in the characteristic impedance on the side. From this, it can be seen that in the case of the impedance converter according to the present embodiment, the characteristic impedance on the output side can be changed without changing the line width and the line-to-line distance.

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。 FIG. 14 shows the relationship between the characteristic impedance of the impedance converter according to the present embodiment and the distance h between the line 23 and the ground layers 21 and 22. From FIG. 14, in the impedance converter according to the present embodiment, the distance h between the line 23 and the ground layers 21 and 22 is h = 7 μm when the characteristic impedance value is 60Ω, and the characteristic impedance value is It can be seen that when 35Ω, h = 2μm, and when the value of the distance h changes from 7 to 2, the characteristic impedance on the output side changes from 60Ω to 35Ω.

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。 On the other hand, as shown in FIG. 13, the characteristic impedance on the output side of the impedance converter using the conventional tapered line has a line width of 4 μm to 12 μm (when converted to a line-to-line distance, W + G has a characteristic impedance of 8 μm to 16 μm). ) As it increases, it decreases from 60Ω to 37Ω.

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。 Next, the amount of crosstalk will be compared between the impedance converter using the conventional tapered line and the impedance converter according to the present embodiment. 15A and 15B are models of the impedance converter according to the present embodiment by the electromagnetic field simulator Sonnet-EM. The model of the conventional impedance transducer is the same as that shown in FIGS. 6A and 6B.

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。 In order to compare the amount of crosstalk, the gap G between lines was fixed at 4 μm, the line thickness was also fixed at 2 μm, and the characteristic impedance was adjusted to 50 Ω. In the model of the impedance converter using the conventional tapered line shown in FIGS. 6A and 6B, the line width W = 6.5 μm and the line-ground interlayer distance h = 7 μm. Further, in the model of the impedance converter according to the present embodiment shown in FIGS. 15A and 15B, the line width W = 4 μm and the line-ground interlayer distance h = 2.2 μm. In addition, in order to simplify the calculation, the simulation is carried out with the number of lines on the output side of the impedance converter being two.

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。 The amount of crosstalk can be directly evaluated by setting Port numbers for the input end and the output end of the line as shown in FIGS. 6B and 15B and examining the result of the S parameter.

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。 16 and 17 represent backward (near-end) crosstalk and forward (far-end) crosstalk, respectively. More specifically, FIG. 16 shows the ratio (S31) to the voltage appearing in Port 3 when a signal is given to Port 1, and FIG. 17 shows the voltage ratio (S41) between Port 1 and Port 4. Both are displayed in decibels to make the difference easier to understand. In FIGS. 16 and 17, the line indicated by “A” represents the crosstalk of the conventional impedance converter, and the line indicated by “C” represents the crosstalk of the impedance converter according to the present embodiment.

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。 From FIGS. 16 and 17, it can be seen that the backward crosstalk by the impedance converter according to the present embodiment is smaller by about 5 dB in a wide range of 0 GHz to 100 GHz than that of the conventional one. It can also be seen that the forward crosstalk is as small as 0 to 5 dB in a wide range of 35 GHz to 100 GHz.

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。
As described above, according to the impedance converter 2 according to the present embodiment, the upper and lower ground layers 21 and 22 are gradually brought closer to the strip line without changing the width of the line 23 and the gap between the lines. Further, by adjusting the distance between the line 23 and the ground layer 21 and the distance between the strip line and the ground layer 22, a desired characteristic impedance value can be set, and the input side and output of the line can be set. Impedance converters with different characteristic impedances on the side can be formed. In addition, since the track is brought closer to the ground layer, the effect of reducing crosstalk can be obtained.
Therefore, according to the present embodiment, it is possible to form an impedance converter applicable to high-density mounting, which achieves both miniaturization of pad spacing, improvement of wiring density, and reduction of crosstalk noise between wirings. ..

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。 In this embodiment, both the upper and lower ground layers 21 and 22 are gradually brought closer to the line 23 from the input side to the output side, but even if only one of the ground layers is brought closer to the line 23. Good.

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。
Further, although the characteristic impedance on the output side of the impedance converter is reduced, it is also possible to form an impedance converter in which the characteristic impedance on the input side is reduced.
Further, in the above embodiment, an example including three signal lines (transmission lines) has been described, but the number of lines is not limited to this, and two or four or more multi-lanes are used. Needless to say, it may be there.

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。 1, 2 ... Impedance converter (strip line), 10, 20 ... Substrate, 11, 12, 21, 22 ... Ground layer, 13, 23 ... Line (strip conductor), 14, 16 ... Via, 15, 17 ... Pad ..

Claims (6)

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前記基板の一の面に垂直な方向に沿った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前記基板の一の面に垂直な方向に沿った距離がその線路の長手方向に沿って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。
A substrate made of a dielectric and
A first conductor layer formed on one surface of the substrate, a second conductor layer formed on the other surface of the substrate, and
A plurality of strip-shaped lines made of conductors formed inside the substrate and separated from the first conductor layer and the second conductor layer are provided.
At least one of the plurality of lines
The distance between one end side and the other end side at least one of the first conductor layer and the second conductor layer along the direction perpendicular to one surface of the substrate is different from each other, and the distance from the one end side to the other end side is different from each other. The distance between the first conductor layer and the second conductor layer along the direction perpendicular to one surface of the substrate gradually changes along the longitudinal direction of the line. Impedance converter.
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。
In the impedance converter according to claim 1,
The plurality of lines
An impedance converter characterized in that it gradually approaches one of the first conductor layer and the second conductor layer from one end side to the other end side, respectively.
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。
In the impedance converter according to claim 2,
The plurality of lines
An impedance converter characterized in that it gradually approaches the first conductor layer and the second conductor layer alternately.
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。
In the impedance converter according to claim 1,
An impedance converter characterized in that the first conductor layer and the second conductor layer gradually approach the plurality of lines from the one end side to the other end side of the plurality of lines.
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。
In the impedance converter according to any one of claims 1 to 4, further
A plurality of pads formed on one surface of the substrate and electrically insulated from the first conductor layer and the second conductor layer.
An impedance converter characterized by comprising a plurality of vias for electrically connecting the ends of the plurality of lines and the plurality of pads, respectively.
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。
In the impedance converter according to any one of claims 1 to 5,
The substrate is an impedance converter characterized in that it is made of a dielectric containing benzocyclobutene.
JP2017223358A 2017-11-21 2017-11-21 Impedance transducer Active JP6871138B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017223358A JP6871138B2 (en) 2017-11-21 2017-11-21 Impedance transducer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017223358A JP6871138B2 (en) 2017-11-21 2017-11-21 Impedance transducer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019096979A JP2019096979A (en) 2019-06-20
JP6871138B2 true JP6871138B2 (en) 2021-05-12

Family

ID=66973127

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017223358A Active JP6871138B2 (en) 2017-11-21 2017-11-21 Impedance transducer

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6871138B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021214870A1 (en) * 2020-04-21 2021-10-28 日本電信電話株式会社 Impedance converter and method for making same

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5140288A (en) * 1991-04-08 1992-08-18 Motorola, Inc. Wide band transmission line impedance matching transformer
WO2000038271A1 (en) * 1998-12-22 2000-06-29 Lk A/S An electrical cable
JP6420226B2 (en) * 2015-11-19 2018-11-07 日本電信電話株式会社 Impedance converter

Also Published As

Publication number Publication date
JP2019096979A (en) 2019-06-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7239219B2 (en) Miniature RF and microwave components and methods for fabricating such components
US7259640B2 (en) Miniature RF and microwave components and methods for fabricating such components
US10211169B2 (en) Glass interposer integrated high quality electronic components and systems
TWI407461B (en) Common-mode noise filtering circuit, common-mode noise filtering element and common-mode noise filtering structure
JP2009038806A (en) Small-sized rf and microwave components, and method for manufacturing same
WO2019128215A1 (en) Strip line directional coupler and coupling degree adjustment method thereof
US9698023B2 (en) Traveling-wave amplifier
JP6330911B2 (en) Electronic device and method of manufacturing electronic device
US11145947B2 (en) Miniature RF and microwave components and methods for fabricating such components
US20100109790A1 (en) Multilayer Complementary-conducting-strip Transmission Line Structure
JP6420226B2 (en) Impedance converter
JP6871138B2 (en) Impedance transducer
WO2021214870A1 (en) Impedance converter and method for making same
JP2011109431A (en) Waveguide-microstrip line converter and method of manufacturing the same
JP7160191B2 (en) impedance converter
JP4197352B2 (en) Directional couplers in strip conductor technology with wide coupling spacing
WO2021220460A1 (en) Impedance converter
JP6309905B2 (en) Impedance converter
Llamas-Garro et al. A planar high-$ Q $ micromachined monolithic half-coaxial transmission-line filter
JP2011044847A (en) Multilayer circuit, and package
US20210135329A1 (en) Implementation of inductive posts in an siw structure and production of a generic filter
JP3108495B2 (en) Manufacturing method of wiring structure
JP2010098500A (en) Impedance matching circuit
JP2018195901A (en) Integrated circuit
KR100644130B1 (en) Inverted overlay coplanar wave guide

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20191217

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20201006

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20201020

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20201216

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210413

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210415

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6871138

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150