JP2016010046A - 結合器 - Google Patents

Abstract

【課題】 信号伝送品質の劣化を防止することができる結合器を提供する。【解決手段】 実施形態の結合器は、多層配線基板１０と、信号伝送ライン１と、分岐ライン２と、結合ライン３とを備える。多層配線基板１０は、配線層３１、配線層３２および配線層３３を有する。信号伝送ライン１は、配線層３３に設けられ、高周波信号の伝送が可能である。分岐ライン２は、配線層３２に設けられ、ビアＶ１１が設けられる第１部分とビアＶ１２が設けられる第２の部分との間で信号伝送ライン１から分岐されて信号伝送ライン１に対して平行に配線され、信号伝送ライン１よりも特性インピーダンスが高い。結合ライン３は、配線層３１に設けられ、分岐ライン２と電磁気的に結合される。【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、結合器に関する。

信号伝送ライン上を伝搬する高周波信号の電力をモニタリングするため、信号伝送ラインから電力の一部を分岐する結合器が用いられる。

従来の結合器では、例えば、多層配線基板を用い、信号伝送ラインに対して垂直方向に信号伝送ラインと電磁気的に結合される結合ラインを設け、結合ラインの電力を測定することが行われている。

しかし、このような構造の結合器では、結合ラインの結合度を高めるためには、信号伝送ラインと結合ラインとが電磁気的に結合している箇所を長くする必要があるため、信号伝送ラインに結合損失が生じるという問題が生じる。

また、信号伝送ラインが長くなると信号伝送ラインの抵抗値が大きくなり、信号伝送ラインの電力損失が増大するという問題が生じる。

特許第４７２９４６４号公報

本発明が解決しようとする課題は、信号伝送品質の劣化を防止することができる結合器を提供することにある。

実施形態の結合器は、多層配線基板と、信号伝送ラインと、分岐ラインと、結合ラインとを備える。多層配線基板は、第１の層、第２の層および第３の層を有する。信号伝送ラインは、前記第１の層に設けられ、高周波信号の伝送が可能である。分岐ラインは、前記第２の層に設けられ、前記信号伝送ラインの第１部分と第２の部分との間で前記信号伝送ラインから分岐されて前記信号伝送ラインに対して平行に配線され、前記信号伝送ラインよりも特性インピーダンスが高い。結合ラインは、前記第３の層に設けられ、前記分岐ラインと電磁気的に結合される。

第１の実施形態の結合器の配線パターン平面図および構造断面図。 第２の実施形態の結合器の配線パターン平面図および構造断面図。 第３の実施形態の結合器の配線パターン平面図および構造断面図。 第４の実施形態の結合器の構造断面図。

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。なお、図中、同一または相当部分には同一の符号を付して、その説明は繰り返さない。

（第１の実施形態）
図１（ａ）は、第１の実施形態の結合器の配線パターンの配置例を示す配線パターン平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ’線における構造断面図、図１（ｃ）は、図１（ａ）のＢ−Ｂ’線における構造断面図である。

図１（ａ）に示すように、本実施形態の結合器は、高周波信号の伝送が可能な信号伝送ライン１と、信号伝送ライン１の第１部分に配置されたビアＶ１１および第２の部分に配置されたビアＶ１２を介して信号伝送ライン１から分岐されて信号伝送ライン１に対して平行に配線される分岐ライン２と、分岐ライン２と電磁気的に結合される結合ライン３と、を備える。

図１（ｂ）に示すように、本実施形態の結合器は、多層配線基板１０上に形成される。本実施形態では、多層配線基板１０は、基板１１上に、絶縁層２１、２２、２３と配線層３１、３２、３３とが、交互に積層されているものとする。

本実施形態では、信号伝送ライン１は第３層の配線層３３に形成され、分岐ライン２は第２層の配線層３２に形成される。

分岐ライン２は、ビアＶ１１およびビアＶ１２を介して信号伝送ライン１に接続される。これにより、信号伝送ライン１で伝送される信号電力の一部が、分岐ライン２に分配される。

分岐ライン２は、結合ライン３が信号伝送ライン１と結合することを防ぐために、信号伝送ライン１から距離ｄ離して、信号伝送ライン１に対して水平方向に平行に配線される。

そのため、分岐ライン２は、ビアＶ１１およびビアＶ１２を基点に、信号伝送ライン１から一旦直交方向に配線された後に、信号伝送ライン１に対して平行に配線される。すなわち、分岐ライン２の配線形状は、コの字状となる。このとき、信号伝送ライン１と平行に配線された部分の分岐ライン２の長さをＬｃとする。

結合ライン３は、分岐ライン２の信号伝送ライン１と平行である部分の直下の第１層の配線層３１に、分岐ライン２と垂直方向に平行に配線される。これにより、結合ライン３は、分岐ライン２と電磁気的に結合される。そこで、結合ライン３の信号電力を観測することにより、信号伝送ライン１の信号電力の大きさをモニターすることができる。

ここで、結合ライン３の配線長を分岐ライン２と同じくＬｃとすると、分岐ライン２と結合ライン３の結合長はＬｃと表される。

分岐ライン２と結合ライン３の結合量は、結合長Ｌｃが大きいほど大きくなるので、結合長Ｌｃを調整することにより、分岐ライン２と結合ライン３の結合量を所望の値とすることができる。

また、図１（ｃ）に示すように、分岐ライン２の配線幅Ｗｃは、信号伝送ライン１の配線幅Ｗｓに比べて数分の１程度に狭くされる。これにより、分岐ライン２の特性インピーダンスは、信号伝送ライン１の特性インピーダンスよりも数倍程度大きくなる。そのため、分岐ライン２を接続しても、信号伝送ライン１の伝送電力の損失は小さくて済む。

なお、図１（ｃ）では、結合ライン３の配線幅もＷｃとしているが、結合ライン３と分岐ライン２の配線幅は同じである必要はない。結合ライン３の配線幅をＷｃよりも狭くすると、分岐ライン２と結合ライン３の結合量は小さくなる。

このような本実施形態によれば、結合ライン３が、信号伝送ライン１から分岐された分岐ライン２と電磁気的に結合し、信号伝送ライン１と直接には結合しないので、信号伝送ライン１に結合損失が生じることを防止することができる。

（第２の実施形態）
本実施形態では、分岐ライン２が信号伝送ライン１と同じ配線層に形成される例を示す。

図２（ａ）は、第２の実施形態の結合器の配線パターンの配置例を示す配線パターン平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ’線における構造断面図である。

図２（ｂ）に示すように、本実施形態では、分岐ライン２が、信号伝送ライン１が形成される配線層と同じ、第３層の配線層３３に形成される。

図２（ａ）に示すように、分岐ライン２は、信号伝送ライン１から距離ｄ離して、信号伝送ライン１に平行に、長さＬｃに亘って配線される。

この分岐ライン２を信号伝送ライン１と接続するために、第２層の配線層３２に、信号伝送ライン１と直交する方向に、接続線Ｍ１および接続線Ｍ２が設けられる。

接続線Ｍ１は、ビアＶ１１を介して信号伝送ライン１に接続され、ビアＶ２１を介して分岐ライン２に接続される。同様に、接続線Ｍ２は、ビアＶ１２を介して信号伝送ライン１に接続され、ビアＶ２２を介して分岐ライン２に接続される。

結合ライン３は、図２（ｂ）に示す例では、分岐ライン２直下の第１層の配線層３１に設けられる。この場合、分岐ライン２と結合ライン３の間隔ｔ１は、第１の実施の形態の場合よりも広くなる。そのため、分岐ライン２と結合ライン３の結合量が小さくなる。

これに対して、図２（ｃ）に示す例では、結合ライン３が、分岐ライン２直下の第２層の配線層３２に設けられている。そのため、分岐ライン２と結合ライン３の間隔ｔ２は、図２（ｂ）に示す例のｔ１よりも狭く（ｔ２＜ｔ１）なる。その分、分岐ライン２と結合ライン３の結合量は増加する。

すなわち、本実施形態では、結合ライン３を形成する配線層を選択することにより、分岐ライン２と結合ライン３の結合量を変化させることができる。

このような本実施形態によれば、分岐ライン２を信号伝送ライン１と同じ配線層に形成することにより、結合ライン３を形成する配線層を選択することが可能となり、結合器の図面における水平方向の面積を変えることなく、分岐ライン２と結合ライン３の結合量を変化させることができる。

（第３の実施形態）
第１および第２の実施形態では、配線層が３層の多層配線基板上に形成された結合器の例を示したが、本実施形態では、配線層が２層の多層配線基板上に形成された結合器の例を示す。

図３（ａ）は、第３の実施形態の結合器の結合器の配線パターンの配置例を示す配線パターン平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ’線における構造断面図、図３（ｃ）は、図１（ａ）のＢ−Ｂ’線における構造断面図である。

図３（ｂ）に示すように、本実施形態の結合器は、２層の多層配線基板１０ａ上に形成される。多層配線基板１０ａは、基板１１上に、絶縁層２１、２２と配線層３１、３２とが、交互に積層されている。

本実施形態の基本的な配線構造は、第２の実施形態の結合器と同じである。ただ、本実施形態では、配線層３２が最上層の配線層となるため、信号伝送ライン１および分岐ライン２は、配線層３２に形成される。また、結合ライン３は、分岐ライン２直下の配線層３１に形成される。

このような本実施形態によれば、配線層が２層の多層配線基板上に結合器を形成することができる。配線層数が少ないほど多層配線基板の製造コストは低いので、結合器の製造コストを低減させることができる。

（第４の実施形態）
信号伝送ラインを高周波信号が通過する際、信号伝送ラインの抵抗により電力損失が生じる。この電力損失を低減させるには、信号伝送ラインの抵抗値を小さくすることが有効である。信号伝送ラインの抵抗値は、信号伝送ラインに用いる金属材料の抵抗率、信号伝送ラインの幅および厚さで決まる。金属材料および厚さは、製造プロセスにより制約を受けるので、一般的には、信号伝送ラインの幅を広くすることで信号伝送ラインの抵抗値を小さくすることが行われる。しかし、これは、結合器の形成に必要な占有面積の増大につながり、製造コストの増加を招く。

そこで、本実施形態では、占有面積を増大させることなく信号伝送ラインの電力損失を低減させることのできる結合器の例を示す。

図４（ａ）は、配線層が３層の多層配線基板１０上に形成された第４の実施形態の結合器の構造の例を示す断面図であり、図４（ｂ）は、配線層が２層の多層配線基板１０ａ上に形成された第４の実施形態の結合器の構造の例を示す断面図である。

図４（ａ）に示す本実施形態の結合器の基本的な配線構造は、第１の実施形態の結合器と同じである。

本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、信号伝送ライン１の直下に、信号伝送ライン１と垂直方向に平行に配線される信号伝送ライン１ａおよび信号伝送ライン１ｂが形成される点である。

信号伝送ライン１ａは、第２層の配線層３２に形成され、信号伝送ライン１ｂは、第１層の配線層３１に形成される。

信号伝送ライン１ａは、複数のビアを有するビア群Ｖ３を介して信号伝送ライン１に接続され、信号伝送ライン１ｂは、複数のビアを有するビア群Ｖ４を介して信号伝送ライン１ａに接続される。

このように、図４（ａ）に示す例では、信号伝送ライン１、信号伝送ライン１ａおよび信号伝送ライン１ｂが垂直方向に順番に接続されて、複合的な信号伝送ライン１Ａが形成される。

ここで、信号伝送ライン１、１ａ、１ｂの配線の厚さを、それぞれｈ１、ｈ２、ｈ３とすると、信号伝送ライン１Ａの実効的な配線の厚さｈは、ｈ＝ｈ１＋ｈ２＋ｈ３と表される。

すなわち、信号伝送ライン１Ａの配線の厚さは、信号伝送ライン１単層の場合よりも増加する。したがって、信号伝送ライン１Ａの配線抵抗は信号伝送ライン１単層の場合よりも低減され、これにより、信号伝送ライン１Ａの電力損失が低減される。

図４（ｂ）に示す例では、２層の多層配線基板１０ａ上に結合器が形成される。この場合の基本的な配線構造は、第３の実施形態の結合器と同じである。

図４（ｂ）に示す例が第３の実施形態と異なる点は、信号伝送ライン１の直下に、信号伝送ライン１と垂直方向に平行に配線される信号伝送ライン１ａが形成される点である。

信号伝送ライン１ａは、第１層の配線層３１に形成され、複数のビアを有するビア群Ｖ３を介して信号伝送ライン１に接続される。

これにより、図４（ｂ）に示す例では、信号伝送ライン１と信号伝送ライン１ａが垂直方向に接続されて、複合的な信号伝送ライン１Ｂが形成される。この場合、信号伝送ライン１Ｂの実効的な配線の厚さｈは、ｈ＝ｈ１＋ｈ２と表される。

この配線の厚さは図４（ａ）に示す例よりも小さいが、それでも、信号伝送ライン１単層の場合よりも増加する。したがって、信号伝送ライン１Ｂの配線抵抗は信号伝送ライン１単層の場合よりも低減され、これにより、信号伝送ライン１Ｂの電力損失が低減される。

このような本実施形態によれば、信号伝送ライン１の直下の配線層に信号伝送ライン１と垂直方向に平行な配線を形成し、信号伝送ライン１と垂直方向に接続することにより、信号伝送ライン１の実効的な配線の厚さを増加させることができる。これにより、結合器の形成に必要な占有面積を増大させることなく、信号伝送ライン１の電力損失を低減させることができる。

以上説明した少なくとも１つの実施形態の結合器によれば、信号伝送品質の劣化を防止することができる。

また、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１、１ａ、１ｂ、１Ａ、１Ｂ 信号伝送ライン
２ 分岐ライン
３ 結合ライン
１０、１０ａ 多層配線基板
１１ 基板
２１〜２３ 絶縁層
３１〜３３ 配線層
Ｍ１、Ｍ２ 接続線
Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ２１、Ｖ２２ ビア
Ｖ３、Ｖ４ ビア群

Claims (5)

1. 第１の層、第２の層および第３の層を有する多層配線基板と、
   前記第１の層に設けられ、高周波信号の伝送が可能な信号伝送ラインと、
   前記第２の層に設けられ、前記信号伝送ラインの第１部分と第２の部分との間で前記信号伝送ラインから分岐されて前記信号伝送ラインに対して平行に配線され、前記信号伝送ラインよりも特性インピーダンスが高い分岐ラインと、
   前記第３の層に設けられ、前記分岐ラインと電磁気的に結合される結合ラインと
   を備えることを特徴とする結合器。
2. 前記結合ラインは、前記分岐ラインに対して垂直方向に平行に配線される
   ことを特徴とする請求項１に記載の結合器。
3. 前記第２の層と前記第３の層は、異なる層である
   ことを特徴とする請求項２に記載の結合器。
4. 前記第２の層と前記第３の層は、同じ層である
   ことを特徴とする請求項２に記載の結合器。
5. 前記信号伝送ラインが、前記第１の層とともに他層にも設けられ、前記第１の層と前記他層とが垂直方向に接続される
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の結合器。