JP5131495B2 - 薄膜バラン - Google Patents

Description

本発明は、不平衡−平衡の信号変換を行なうバラン（バラントランス）に関し、特に、小型薄型化に有利な薄膜プロセスにより形成された薄膜バランに関する。

無線通信機器は、アンテナ、フィルタ、ＲＦスイッチ、パワーアンプ、ＲＦ−ＩＣ、バラン等の各種高周波素子によって構成される。これらのなかで、アンテナやフィルタ等の共振素子は、接地電位を基準とした不平衡型の信号を取り扱う（信号伝送を行う）が、高周波信号の生成や処理を行なうＲＦ−ＩＣは、平衡型の信号を取り扱う（信号伝送を行う）ため、両者を電磁気的に接続する場合には、不平衡−平衡変換器として機能するバランが使用される。

近時、携帯電話や携帯端末等の移動体通信機や無線ＬＡＮ機器等に用いられるバランとして、これらの機器の小型化に応えるべく、更なる小型薄型化が切望されている。このような薄膜バランとしては、たとえば、コイル積層構造を有するチップ型バランが提案されている（特許文献１参照）。

特開平０７−１７６９１８号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示のチップ型バランのような構造において小型化を単純に行うと、伝送線路の長さの変化により、インダクタンス値が変化してバランの諸特性が変動してしまう。

そこで、本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、要求されるバランの諸特性を維持しつつ、通過特性などの特性を更に向上させた薄膜バランを提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明の薄膜バランは、第１の線路部及び第２の線路部を有する不平衡伝送線路と、第１の線路部及び第２の線路部のそれぞれに対向配置され且つ電磁結合する第３の線路部及び第４の線路部を有する平衡伝送線路と、第１の線路部の一端に接続された不平衡端子と、第３の線路部に接続された第１の平衡端子と、第４の線路部に接続された第２の平衡端子と、第３の線路部及び第４の線路部に接続された接地端子と、を備え、第３の線路部及び第４の線路部は同一の階層に形成されており、該階層と異なる階層にて第３の線路部と第４の線路部とがＬ成分を介して電気的に接続されていることを特徴とする。すなわち、上記薄膜バランの構成は、第１の線路部は、一端が不平衡端子に接続されると共に他端が第２の線路部に接続し、第３の線路部は、一端が第１の平衡端子に接続されると共に他端が接地電極端子に接続し、第４の線路部は、一端が第２の平衡端子に接続されると共に他端が接地電極端子に接続されており、第３の線路部及び第４の線路部は、同一の階層に形成されており、該階層とは異なる階層に絶縁層を介してそれぞれ引き出されてＬ成分によって互いに連結されているものである。

かかる構成では、第３の線路部と第４の線路部との間にＬ成分が設けられることにより、回路のインピーダンスが変化してインピーダンスマッチングが改善し、薄膜バランの電気的特性の向上が本願発明者により確認されている。

上記の線路部として、好ましくはコイルを用いることができる。この場合、本発明の薄膜バランは、第１のコイル部及び第２のコイル部を有する不平衡伝送線路と、第１のコイル部及び第２のコイル部のそれぞれに対向配置され且つ電磁結合する第３のコイル部及び第４のコイル部を有する平衡伝送線路と、第１のコイル部の一端に接続された不平衡端子と、第３のコイル部に接続された第１の平衡端子と、第４のコイル部に接続された第２の平衡端子と、第３のコイル部及び第４のコイル部に接続された接地端子と、を備え、第３のコイル部及び第４のコイル部は同一の階層に形成されており、該階層と異なる階層にて第３のコイル部と第４のコイル部とがＬ成分を介して電気的に接続されている。

また、上記のＬ成分は、第３の線路部と第４の線路部を電気的に接続する連結導体であり且つその一部に曲部を有するものであればよい。Ｌ成分として、平衡伝送線路における磁場をキャンセルするよう（打ち消す方向）に形成されるコイルを用いることが好ましい。

また、上記のＬ成分の少なくとも一部が、第３のコイル部及び第４のコイル部の少なくとも一方のコイル導体の開口部に対向する領域に配置されていてもよい。かかる構成でも、薄膜バランの電気的特性の改善の効果が本願発明者により確認されたことから、Ｌ成分の配置を調整することにより、優れた電気的特性を有する薄膜バランを実現することができる。

さらに、第３のコイル部と第４のコイル部とがＬ成分を介して電気的に接続されている階層において、第１のコイル部と第２のコイル部とが連結導体を介して電気的に接続されており、連結導体とＬ成分の一部の導体とは、平行又は略平行に配置されていてもよい。かかる構成で、優れた電気的特性の改善の効果が本願発明者により確認されている。

またさらに、接地端子と第４のコイル部との間にＬ成分が配置されていてもよい。

本発明によれば、第３の線路部と第４の線路部との間にＬ成分が設けられることにより、回路のインピーダンスが変化してインピーダンスマッチング特性が改善し、電気的特性が優れた薄膜バランを得ることができる。

本発明の薄膜バランの一実施形態の構成を示す等価回路図である。 薄膜バランの一実施形態の構成を示す垂直断面図である。 実施例１の薄膜バラン１Ａの配線層Ｍ１における水平断面図である。 実施例１の薄膜バラン１Ａの配線層Ｍ２における水平断面図である。 実施例１の薄膜バラン１Ａの配線層Ｍ３における水平断面図である。 実施例２の薄膜バラン１Ｂの配線層Ｍ３における水平断面図である。 参考例の薄膜バラン１Ｒの配線層Ｍ２における水平断面図である。 参考例の薄膜バラン１Ｒの配線層Ｍ３における水平断面図である。 参考例の薄膜バラン１Ｒの構成を示す等価回路図である。 挿入損失特性の評価結果を示すグラフである。 位相バランス特性の評価結果を示すグラフである。 出力バランス特性の評価結果を示すグラフである。 反射損失特性の評価結果を示すグラフである。 実施例３の薄膜バラン１Ｃの配線層Ｍ３における水平断面図である。 実施例４の薄膜バラン１Ｄの配線層Ｍ３における水平断面図である。 挿入損失特性の評価結果を示すグラフである。 位相バランス特性の評価結果を示すグラフである。 出力バランス特性の評価結果を示すグラフである。 反射損失特性の評価結果を示すグラフである。 実施例５の薄膜バラン１Ｅの配線層Ｍ３における水平断面図である。 挿入損失特性の評価結果を示すグラフである。 位相バランス特性の評価結果を示すグラフである。 出力バランス特性の評価結果を示すグラフである。 反射損失特性の評価結果を示すグラフである。

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、図面中、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、上下左右などの位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。さらに、図面の寸法比率は、図示の比率に限定されるものではない。また、以下の実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をその実施の形態のみに限定する趣旨ではない。さらに、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、さまざまな変形が可能である。

図１は、本発明の薄膜バランに係る好適な一実施形態の構成を示す等価回路図である。 薄膜バラン１は、図１に示すように、線路部Ｌ１（第１の線路部）及び線路部Ｌ２（第２の線路部）が直列に接続された不平衡伝送線路（不平衡回路）ＵＬと、線路部Ｌ３（第３の線路部）及び線路部Ｌ４（第４の線路部）が直列に接続された平衡伝送線路（平衡回路）ＢＬとを備えており、線路部Ｌ１及び線路部Ｌ３、並びに、線路部Ｌ２及び線路部Ｌ４によって、それぞれ電磁結合が形成されている。

この薄膜バラン１においては、線路部Ｌ１における線路部Ｌ２との結合端の他端が不平衡端子ＵＴに接続されている。また、線路部Ｌ２における線路部Ｌ１との結合端の他端は開放端となっている。また、線路部Ｌ３及び線路部Ｌ４におけるそれぞれの結合端との他端は、平衡端子（第１の平衡端子）ＢＴ１及び平衡端子（第２の平衡端子）ＢＴ２に接続されている。さらに、線路部Ｌ３及び線路部Ｌ４の結合端が、接地端子（接地端子電極）Ｇと同電位に接続されている。またさらに、線路部Ｌ３と線路部Ｌ４との間にＬ成分（コイル成分）Ｌ５が設けられている。

上述した線路部Ｌ１〜Ｌ４の長さは、薄膜バラン１の仕様に応じて異なり、例えば、変換対象となる伝送信号の１／４波長（λ／４）共振器回路となるよう設定することができる。また、線路部Ｌ１〜Ｌ４の形状は、上述した電磁結合が形成されれば、任意の形状とすることができ、例えば、渦巻状（コイル状）、蛇行状、直線状、曲線状等の形態が挙げられる。

以下に、同図を参照して薄膜バラン１の基本的な動作について説明する。薄膜バラン１では、不平衡端子ＵＴに不平衡信号が入力されると、不平衡信号は線路部Ｌ１及び線路部Ｌ２を伝播する。そして、線路部Ｌ１と線路部Ｌ３とが電磁結合（第１の電磁結合）し、線路部Ｌ２と線路部Ｌ４とが電磁結合（第２の電磁結合）することにより、入力された不平衡信号は当該不平衡信号と同じ周波数で位相が１８０°（π）異なる２つの平衡信号に変換され、これら２つ平衡信号が平衡端子ＢＴ１，ＢＴ２からそれぞれ出力される。なお、平衡信号から不平衡信号の変換動作は、上述した不平衡信号から平衡信号への変換動作の逆となる。

次に、上記の薄膜バラン１の一実施形態における配線構造について説明する。図２は、薄膜バラン１の配線構造を概略的に示す垂直断面図である。薄膜バラン１は、図２に示すように、例えば、アルミナ等の絶縁性基板１００上に配線層Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３が順に形成されている。

配線層Ｍ１により不平衡伝送線路ＵＬが形成され、該不平衡伝送線路ＵＬは銅（Ｃｕ）をめっきによって形成される。不平衡伝送線路ＵＬの配線間には、その平坦性を確保するためにスパッタ法でアルミナ等が埋め込まれて絶縁層１０１が形成されている。また、配線層Ｍ１と配線層Ｍ２との間には、薄膜バラン１の中心周波数を決定付ける層間絶縁膜１０２が形成されており、該層間絶縁膜１０２は窒化シリコン（ＳｉＮ）を用いてＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成される。さらに、配線層Ｍ２により平衡伝送線路ＢＬが形成され、該平衡伝送線路ＢＬはＣｕめっきによって形成される。平衡伝送線路ＢＬの配線間、及び配線層Ｍ２と配線層Ｍ３との層間には絶縁層１０３が形成されており、該絶縁層１０３はポリイミドを用いてフォトリソグラフィ法により配線層Ｍ２の上に被覆されて形成され、かつ、配線層Ｍ３へのスルーホール（開口部）が形成される。さらに、配線層Ｍ３により不平衡伝送線路ＵＬ及び平衡伝送線路ＢＬ内における線路部同士を接続する配線（連結導体）が形成され、該配線はＣｕめっきによって形成される。配線層Ｍ３の上には保護膜として絶縁層１０４が形成されており、該絶縁層１０４はポリイミドを用いて形成される。不平衡端子ＵＴ、平衡端子ＢＴ１，ＢＴ２、接地端子Ｇは、全ての絶縁層を貫通するように形成されている。このように、薄膜バラン１は、絶縁性基板１００上に形成された薄膜多層構造から構成されている。なお、上述した各絶縁層の材料は、上述したものに限定されず、窒化シリコン、アルミナ、シリカ等の無機系絶縁体のみならず、ポリイミド、エポキシ樹脂等の有機系絶縁体でもよく適宜選択可能である。また、各層を製造するための工法は上述したものに限定されない。

（実施例１）
次に、薄膜バランの一実施例における各配線層Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３のパターンについて詳細に説明する。以下の実施例では、線路部Ｌ１〜Ｌ４としてコイル部Ｃ１〜Ｃ４を用いたものである。

図３〜図５は、薄膜バラン１Ａにおける各配線層を概略的に示す水平断面図である。図３〜図５に示す如く、配線層Ｍ１〜Ｍ３の全ての層に、不平衡端子ＵＴ、平衡端子ＢＴ１，ＢＴ２、及び、接地端子Ｇが形成されており、各端子ＵＴ，ＢＴ１，ＢＴ２，ＧはスルーホールＰを介して異なる層間において電気的に接続されている。以下、各配線層Ｍ１〜Ｍ３の構成について詳細に説明する。

図３に示すように、配線層Ｍ１には、不平衡伝送線路ＵＬを構成するコイル部Ｃ１（第１のコイル部）及びコイル部Ｃ２（第２のコイル部）が隣接して形成されている。具体的には、不平衡伝送線路ＵＬは、左右対称の２つのコイル部（スパイラルコイル）で構成されている。また、各コイル部Ｃ１，Ｃ２は、１／４波長（λ／４）共振器に相当するものを構成し、これらコイル部Ｃ１，Ｃ２は、それぞれ、平衡伝送線路ＢＬのコイル部Ｃ３，Ｃ４に対向配置されており、対向している部分で電磁結合して結合器を構成する。薄膜バラン１Ａは、配線層Ｍ１において、スルーホールＴＨ１，ＴＨ２が形成されており、このスルーホールＴＨ１，ＴＨ２には、配線層Ｍ１〜配線層Ｍ３を電気的に導通させるための金属導体がめっきにて形成されている。配線層Ｍ１において、コイル部Ｃ１を構成するコイル導体１１の外側の端部１１ａは不平衡端子ＵＴに接続されており、コイル導体１１の内側の端部１１ｂはスルーホールＴＨ１に接続されている。一方、コイル部Ｃ２を構成するコイル導体１２の内側の端部１２ｂはスルーホールＴＨ２に接続されており、コイル導体１２の外側の端部１２ａは開放端であって接地端子Ｇの近傍で開放されている。コイル導体１１及びコイル導体１２は、図５に示す配線層Ｍ３の配線（連結導体）３１を介して互いに接続されている。なお、コイル導体１１及びコイル導体１２の幅や巻回数に限定はなく、コイル導体１１及びコイル導体１２の幅や巻回数を同じにしても、異ならせてもよい。

図４に示すように、配線層Ｍ２には、平衡伝送線路ＢＬを構成するコイル部Ｃ３（第３のコイル部）及びコイル部Ｃ４（第４のコイル部）が隣接して形成されている。具体的には、平衡伝送線路ＢＬは、左右対称の２つのコイル部（スパイラルコイル）で構成される。また、各コイル部Ｃ３，Ｃ４は、１／４波長（λ／４）共振器に相当するものを構成する。薄膜バラン１Ａは、配線層Ｍ２において、接地端子Ｇから不平衡端子ＵＴの近傍まで延在させたＧＮＤ電極４０が形成されている。また、薄膜バラン１Ａは、配線層Ｍ２において、上述したスルーホールＴＨ１及びＴＨ２に加えて、更にスルーホールＴＨ３〜ＴＨ５が形成されており、このスルーホールＴＨ３〜ＴＨ５には、配線層Ｍ２と配線層Ｍ３とを電気的に導通させるための金属導体がＣｕめっきにて形成されている。配線層Ｍ２において、コイル部Ｃ３を構成するコイル導体２１の外側の端部２１ａは平衡端子ＢＴ１に接続されており、コイル導体２１の内側の端部２１ｂはスルーホールＴＨ３に接続されている。一方、コイル部Ｃ４を構成するコイル導体２２の外側の端部２２ａは平衡端子ＢＴ２に接続されており、コイル導体２２の内側の端部２２ｂはスルーホールＴＨ４に接続されている。コイル導体２１及びコイル導体２２は、図５に示す配線層Ｍ３の配線（Ｌ成分）３２を介して互いに接続されている。なお、コイル導体２１及びコイル導体２２の幅や巻回数に限定はなく、コイル導体２１及びコイル導体２２の幅や巻回数を同じにしても、異ならせてもよい。

図５に示すように、配線層Ｍ３には、不平衡伝送線路ＵＬのコイル部Ｃ１とコイル部Ｃ２とを２つのスルーホールＴＨ１，ＴＨ２を介して接続するための配線（連結導体）３１と、平衡伝送線路ＢＬのコイル部Ｃ３とコイル部Ｃ４を２つのスルーホールＴＨ３，ＴＨ４を介して接続するための配線（Ｌ成分）３２Ａと、コイル部Ｃ３とＧＮＤ電極４０とをスルーホールＴＨ５を介して電気的に接続するための配線（ＧＮＤライン）３３とが形成されている。

ここで、コイル部Ｃ３とコイル部Ｃ４とを繋ぐ配線３２Ａは、スルーホールＴＨ３からスルーホールＴＨ４まで、スルーホールＴＨ１及びスルーホールＴＨ２が形成された側に迂回するように延在した構造で形成されている。このような構造により、配線３２Ａは、コイル部Ｃ３とコイル部Ｃ４に流れる電流とは逆方向に電流が流れ、平衡伝送線路ＢＬの磁場を弱めるＬ成分として作用する。換言すれば、Ｌ成分は、平衡伝送線路における磁場をキャンセルするよう（打ち消す方向）に、コイル部Ｃ３及びコイル部Ｃ４のコイル導体の巻回方向と逆向きとした逆巻コイルとみなすことができる。具体的には、図５に示す通り、ＧＮＤライン３３と配線（Ｌ成分）３２Ａとを連結接続する連結接続点を配線３２Ａ上のスルーホールＴＨ３側とすることで、該連結接続点（接続合流点）よりもコイル部Ｃ４側の配線３２Ａの部分で逆巻コイルを形成することができる。このように、コイル部Ｃ３とコイル部Ｃ４との間にＬ成分が設けられることとなり、回路のインピーダンスが変化してインピーダンスマッチング特性が改善し、電気的特性が優れた薄膜バランを得ることができると推定される。

また、いうまでもないが、逆巻コイルは平衡伝送線路における磁場をキャンセルするように形成すればよいため、コイル部Ｃ３及びコイル部Ｃ４のうちいずれか一方のコイル部のコイル導体の巻回方向と逆向きであればよい。なお、Ｌ成分は、図示したような構造に限られず、コイル部Ｃ３（第３の線路部）とコイル部Ｃ４（第４の線路部）を電気的に接続する配線であり且つその一部に曲部を有するものであればよく、例えば、１周しないような０．５ターンの半巻きコイルの形態や円環の形態、そしてミアンダの形態を含む構造であってもよい。

このように、本実施例においては、一の階層である配線層Ｍ１に不平衡伝送線路ＵＬを構成する２つのコイル部Ｃ１，Ｃ２が形成され、それに隣り合う別の階層である配線層Ｍ２に平衡伝送線路ＢＬを構成する２つのコイル部Ｃ３，Ｃ４が形成され、さらに、それら配線層Ｍ２に隣り合う配線層Ｍ１とは逆側の別の階層である配線層Ｍ３にコイル部Ｃ１，Ｃ２を接続する配線（連結導体）３１、コイル部Ｃ３，Ｃ４を接続する配線（Ｌ成分）３２Ａ、及び、コイル部Ｃ３，Ｃ４と接地端子Ｇとを接続する配線（ＧＮＤライン）３３が形成された多層配線構造により、図１に示す等価回路を構成する薄膜バラン１Ａが得られる。

このような薄膜バラン１Ａの構成によれば、電磁気的な結合状態が変化することから、電気的特性の向上が期待できる。

コイル部Ｃ３とコイル部Ｃ４との配線３２Ａの構造が薄膜バラン１の平衡特性に与える影響について、種々の実施例及び比較例を用意して評価した。以下に、種々の実施例及び比較例のレイアウトを説明した後に、それらの平衡特性の評価結果について説明する。

（実施例２）
図６は、本発明の実施例２の薄膜バラン１Ｂにおける配線層Ｍ３を概略的に示す水平断面図である。配線層Ｍ３以外の構成は、実施例１と同様である。図６に示す実施例２では、コイル部Ｃ３とコイル部Ｃ４とを繋ぐ配線３２Ｂの構造が実施例１の薄膜バラン１Ａの配線３２Ａの構造とは異なっており、配線３２Ｂが、実施例１の配線３２Ａよりも更に上側に迂回するように形成されている。すなわち、配線３２Ｂは、スルーホールＴＨ３からスルーホールＴＨ１の近傍まで延在し、スルーホールＴＨ１の近傍からスルーホールＴＨ２の近傍まで配線３１と平行又は略平行に延在し、スルーホールＴＨ２の近傍からスルーホールＴＨ４まで延在して形成されている。

（参考例）
図７は参考例の薄膜バラン１Ｒにおける配線層Ｍ２を概略的に示す水平断面図であり、図８は参考例の薄膜バラン１Ｒにおける配線層Ｍ３を概略的に示す水平断面図である。配線層Ｍ２，Ｍ３以外の構成は、実施例１と同様である。薄膜バラン１Ｒは、図７及び図８に示すように、配線層Ｍ２及び配線層Ｍ３には、実施例１のスルーホールＴＨ５の代わりに、スルーホールＴＨ６が形成されている。これは、薄膜バラン１ＲだけでなくLTCC(Low Temperature Co-fired Ceramics)で作製されるバランにおいても、伝送線路の長さによって位相特性が影響を受けることから、ＧＮＤラインを含めコイル部Ｃ３とコイル部Ｃ４の長さはできる限り同じ長さで設計することが望ましく、また、ＧＮＤラインは長ければ長いほど余計なＬ成分をもち、電気的特性に影響を及ぼすことが多いため、できるだけＧＮＤラインは短い方が望ましいことによる。よって、スルーホールＴＨ３，ＴＨ４を接続する配線３２Ｒの中心からＧＮＤライン３３を引き出して最短の距離でスルーホールＴＨ６を経由して配線層Ｍ２のＧＮＤ電極４０に電気的に接続している構造を有する薄膜バラン１Ｒを、本発明の効果を検証するための参考例として用意した。

また、薄膜バラン１Ｒは、配線層Ｍ３において、コイル部Ｃ１とコイル部Ｃ２を接続するための配線３１、及びコイル部Ｃ３とコイル部Ｃ４を接地端子Ｇに接続するための配線３２Ｒが形成されている。配線３１は、２つのスルーホールＴＨ１，ＴＨ２を介して配線層Ｍ１に形成されたコイル導体１１の端部１１ｂとコイル導体１２の端部１２ｂとを接続する連結部（連結導体）である。一方、配線３２Ｒは、２つのスルーホールＴＨ３，ＴＨ４を介して配線層Ｍ２に形成されたコイル導体２１の端部２１ｂとコイル導体２２の端部２２ｂとを接続する連結部（連結導体）である。このように、参考例は、配線３２Ｒが、実施例１及び２のようにスルーホールＴＨ３からスルーホールＴＨ４まで、スルーホールＴＨ１及びスルーホールＴＨ２が形成された側に迂回するように延在しない例である。

なお、参考例の薄膜バラン１Ｒの等価回路図は、一般的によく用いられている図９のように示される。図１及び図９から理解されるように、参考例の薄膜バラン１Ｒの等価回路図と、本発明の薄膜バラン１Ａ等の等価回路図との相違は、コイル部Ｃ３（線路部Ｌ３）とコイル部Ｃ４（線路部Ｌ４）との間にＬ成分Ｌ５が介在しているかどうかである。

（特性評価）
以上説明した薄膜バラン１Ａ，１Ｂ，１Ｒについて、挿入損失特性、位相バランス特性、出力バランス特性、及び反射損失特性をシミュレーションにより求めた。伝送信号の評価対象周波数を２４００〜２５００ＭＨｚとした。図１０は、挿入損失特性の評価結果を示す図であり、図１１は位相バランス特性の評価結果を示す図であり、図１２は出力バランス特性の評価結果を示す図であり、図１３は反射損失特性の評価結果を示す図である。各図において、曲線Ｅ１Ａ，Ｅ１Ｂ，Ｅ１Ｒが、それぞれ、薄膜バラン１Ａ，１Ｂ，１Ｒの評価結果を示す。

ここで、挿入損失特性（通過特性）は、評価対象周波数領域において信号をどれだけ損失させずに通過させているかを示すものであり、評価対象周波数領域において０ｄＢが理想的な通過特性となる。位相バランス特性は、平衡端子ＢＴ１と平衡端子ＢＴ２から出力される２つの平衡信号の位相差であることから１８０ｄｅｇ.がより理想的な位相バランスとなる。出力バランス特性は、平衡端子ＢＴ１と平衡端子ＢＴ２から出力される２つの出力差が全く同じであることが理想的であることから０ｄＢがより理想的な出力バランスとなる。反射損失特性（反射特性）は、部品からの反射がない方が理想的なので、値が大きければ大きいほど良好な特性となる。

これらの結果より、各実施例の薄膜バラン１Ａ，１Ｂは、それぞれ、参考例の薄膜バラン１Ｒに比べて、出力バランス特性及び反射損失特性をほぼ維持しつつ、挿入損失特性、位相バランス特性が良好であることが確認された。また、実施例１，２による挿入損失特性と反射損失特性の結果を参照すると、平衡伝送線路ＢＬの磁場を弱める方向（磁場をキャンセルする方向）にコイル部Ｃ３とコイル部Ｃ４との間にＬ成分（配線３２Ａ，３２Ｂ）を形成していることによる中心周波数の高周波シフトがわずかに見られるが、実施例１の薄膜バラン１Ａよりも更に磁場を弱める構造とした実施例２の薄膜バラン１Ｂの方が、電気的特性の改善が大きいことが確認された。これらの評価結果から、コイル部Ｃ３とコイル部Ｃ４とを接続する配線の構造、すなわち、Ｌ成分の大きさを調整することにより、要求される薄膜バランの諸特性を十二分に維持しつつ、通過特性などの電気的特性の向上を更に図ることができる。

さらに、コイル部Ｃ３とコイル部Ｃ４との間に設けられ、平衡伝送線路の磁場を弱める方向に作用させるＬ成分が、薄膜バランの電気的特性に与える影響について、実施例３の薄膜バラン１Ｃ及び実施例４の薄膜バラン１Ｄを用意して評価した。以下に、実施例３，４のレイアウトを説明した後に、それらの電気的特性について説明する。

（実施例３）
図１４は、本発明の実施例３の薄膜バラン１Ｃにおける配線層Ｍ３を概略的に示す水平断面図である。配線層Ｍ３以外の構成は、実施例１と同様である。図１４に示す実施例３では、コイル部Ｃ３とコイル部Ｃ４とを繋ぐ配線３２Ｃの構造が上述した実施例１，２の薄膜バラン１Ａ，１Ｂの配線３２Ａ，３２Ｂの構造とは異なっており、配線３２Ｃの方がより顕著に平衡伝送線路の磁場を弱める方向に作用させる構造とした。具体的には、配線３２Ｃが、コイル部Ｃ３及びコイル部Ｃ４のコイル導体の開口部に対向する領域に配置されるように、スルーホールＴＨ３からスルーホールＴＨ１の近傍までコイル部Ｃ３のコイル導体の開口部上を迂回するように延在し、スルーホールＴＨ１の近傍からスルーホールＴＨ２の近傍まで延在し、スルーホールＴＨ２の近傍からスルーホールＴＨ４までコイル部Ｃ４のコイル導体の開口部上を迂回するように延在して形成されている。

（実施例４）
図１５は、本発明の実施例４の薄膜バラン１Ｄにおける配線層Ｍ３を概略的に示す水平断面図である。配線層Ｍ３以外の構成は、実施例１と同様である。図１５に示す実施例４では、薄膜バラン１Ｄは、上述した実施例３の薄膜バラン１Ｃの構造から更に平衡伝送線路の磁場を弱める方向に作用させる構造とした。具体的には、配線３２Ｃが、スルーホールＴＨ３からスルーホールＴＨ１の近傍までコイル部Ｃ３のコイル導体の開口部上であり且つ該開口部の中央を迂回するように延在し、スルーホールＴＨ１の近傍からスルーホールＴＨ２の近傍まで延在し、スルーホールＴＨ２の近傍からスルーホールＴＨ４までコイル部Ｃ４のコイル導体の開口部上であり且つ該開口部の中央を迂回するように延在して形成されている。

（特性評価）
以上説明した薄膜バラン１Ｃ，１Ｄについて、挿入損失特性、位相バランス特性、出力バランス特性、及び反射損失特性をシミュレーションにより求めた。伝送信号の評価対象周波数を２４００〜２５００ＭＨｚとした。図１６は、挿入損失特性の評価結果を示す図であり、図１７は位相バランス特性の評価結果を示す図であり、図１８は出力バランス特性の評価結果を示す図であり、図１９は反射損失特性の評価結果を示す図である。各図において、曲線Ｅ１Ｃ，Ｅ１Ｄ，Ｅ１Ｒが、それぞれ、薄膜バラン１Ｃ，１Ｄ，１Ｒの評価結果を示す。

これらの結果より、各実施例の薄膜バラン１Ｃ，１Ｄは、それぞれ、参考例の薄膜バラン１Ｒに比べて、優れた改善効果が確認された。具体的には、挿入損失特性については、実施例３，４ともに参考例に比べて良好である。位相バランス特性については、中心周波数の高周波シフトの影響により実施例１，２よりも改善幅が小さいが、参考例よりも実施例３，４の方が良好である。これは、周波数を調整することにより、より位相バランス特性の改善が可能であることを示している。出力バランス特性については、実施例３では良好であり、実施例４では０ｄＢからの差の比較ではほぼ参考例と同等だが、この出力バランスの結果は最適な出力バランス特性をＧＮＤラインの構造の工夫により調整できることを示唆している。反射損失特性については、実施例３，４ともに参考例よりも良好である。よって、実施例３，４の薄膜バラン１Ｃ，１Ｄであっても、電気的特性が改善されていることがわかる。

また、実施例３，４では、実施例１，２よりも平衡伝送線路の磁場を弱めるように、すなわち、Ｌ成分が大きくなるようにコイル部Ｃ３とコイル部Ｃ４とを繋ぐ配線を形成しているため、図１６に示す挿入損失特性と図１９に示す反射損失特性から参照されるように、中心周波数の高周波シフトが大きい。このため、実施例３，４の薄膜バラン１Ｃ，１Ｄの方が、その電気的特性の改善が実施例１、２の薄膜バラン１Ａ，１Ｂよりも大きいと考えられる。

さらに、実施例３，４の場合、挿入損失特性、出力バランス特性、及び反射損失特性の改善幅が実施例１，２の場合よりも大きい一方、位相バランス特性の改善幅は小さいことがわかる。これは、平衡伝送線路の磁場を弱める方向に作用する配線３２Ｃ，３２Ｄを、磁場がより集中するコイル導体の開口部まで延在させたことから、電磁結合に影響を与える度合いが更に大きくなり、特性インピーダンスへの影響の度合いが大きくなったと考えられる。そのため、挿入損失特性や出力バランス特性等をより改善させたと同時に、コイル部Ｃ３とコイル部Ｃ４の配線３２Ｃ，３２Ｄをコイル導体の開口部上まで延在させたことにより平衡伝送線路の磁場を打ち消す効果が強くなって線路長への反作用を及ぼし、実質的な電磁結合に寄与する線路長が短くなり、位相バランス特性の改善幅が小さくなったと考えられる。

（実施例５）
図２０は、本発明の実施例５の薄膜バラン１Ｅにおける配線層Ｍ３を概略的に示す水平断面図である。配線層Ｍ３以外の構成は、実施例１と同様である。図２０に示す実施例５では、薄膜バラン１Ｅは、上述した実施例４の薄膜バラン１Ｃの構造とは異なり、コイル部Ｃ３とコイル部Ｃ４とを繋ぐ配線３２Ｅが、コイル部Ｃ４のコイル導体の開口部に対向する領域のみに配置されている。具体的には、スルーホールＴＨ３からスルーホールＴＨ１の近傍まで延在し、スルーホールＴＨ１の近傍からスルーホールＴＨ２の近傍まで延在し、スルーホールＴＨ２の近傍からスルーホールＴＨ４までコイル部Ｃ４のコイル導体の開口部上であり且つ該開口部の中央を迂回するように延在して形成されている。

（特性評価）
薄膜バラン１Ｅについて、上述の薄膜バラン１Ｄ，１Ｒと比較するために、挿入損失特性、位相バランス特性、出力バランス特性、及び反射損失特性をシミュレーションにより求めた。伝送信号の評価対象周波数を２４００〜２５００ＭＨｚとした。図２１は、挿入損失特性の評価結果を示す図であり、図２２は位相バランス特性の評価結果を示す図であり、図２３は出力バランス特性の評価結果を示す図であり、図２４は反射損失特性の評価結果を示す図である。各図において、曲線Ｅ１Ｅ，Ｅ１Ｄ，Ｅ１Ｒが、それぞれ、薄膜バラン１Ｅ，１Ｂ，１Ｒの評価結果を示す。
これらの結果により、実施例５の薄膜バラン１Ｅは、参考例の薄膜バラン１Ｒに比べて、挿入損失特性、位相バランス特性、及び反射損失特性の改善が確認されたが、実施例４の薄膜バラン１Ｄに比べると、挿入損失特性、出力バランス特性、及び反射損失特性の改善幅が小さいことがわかる。よって、コイル部Ｃ３とコイル部Ｃ４とを繋ぐ配線３２Ｅ（Ｌ成分）が片方のコイル部Ｃ４のコイル導体の開口部に対向する領域に配置されていても改善の効果はあるが、コイル部Ｃ３とコイル部Ｃ４双方のコイル導体の開口部に対向する領域に配置されている方が好ましいことが確認された。

（変形例）
なお、上述したとおり、本発明は、上記の各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない限度において様々な形が可能である。例えば、不平衡端子ＵＴ、平衡端子ＢＴ１，ＢＴ２、及び接地端子Ｇの配置は、図示の位置に限定されない。また、薄膜バランを構成する多層配線構造は、図示の層数未満であってもよく、図示の層数より多くてもよい。さらに、絶縁性基板１００上の配線層の順序が逆になった構造であってももちろんよい。またさらに、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々のコイル配置やコイル形状を採用することができ、例えば、コイル部Ｃ３とコイル部Ｃ４の配線が平衡伝送線路の磁場を弱めるように作用するのであれば、円形状でも楕円形上でも、六角形のような六角形状であってもよい。またさらに、ＧＮＤライン３３は、上記の各実施形態のように、配線３２（Ｌ成分）とコイル部Ｃ３との間に接続される場合に制限されず、例えば、配線３２（Ｌ成分）とコイル部Ｃ４との間に接続されていてもよい。

本発明の薄膜バランは、小型化を維持しつつ、電気的特性を改善した薄膜バランを実現できるため、特に小型化が要求される無線通信機器への適用が可能である。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｒ…薄膜バラン、１１，１２，２１，２２・・・コイル導体、１１ａ，１１ｂ，２１ａ，２１ｂ…端部、３１，３２，３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｅ，３２Ｒ，３３…配線、４０…ＧＮＤ電極、Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３…配線層、Ｃ１…コイル部（第１のコイル部）、Ｃ２…コイル部（第２のコイル部）、Ｃ３…コイル部（第３のコイル部）、Ｃ４…コイル部（第４のコイル部）、Ｇ…接地端子、Ｌ１…線路部（第１の線路部）、Ｌ２…線路部（第２の線路部）、Ｌ３…線路部（第３の線路部）、Ｌ４…線路部（第４の線路部）、Ｌ５…Ｌ成分、Ｐ，ＴＨ１，ＴＨ２，ＴＨ３，ＴＨ４, ＴＨ５, ＴＨ６…スルーホール、ＵＬ…不平衡伝送線路（不平衡回路）、ＢＬ…平衡伝送回路（平衡回路）、ＵＴ…不平衡端子、ＢＴ１…第１の平衡端子、ＢＴ２…第２の平衡端子。

Claims (2)

1. 第１のコイル部及び第２のコイル部を有する不平衡伝送線路と、
   前記第１のコイル部及び前記第２のコイル部のそれぞれに対向配置され且つ電磁結合する第３のコイル部及び第４のコイル部を有する平衡伝送線路と、
   前記第１のコイル部の一端に接続された不平衡端子と、
   前記第３のコイル部に接続された第１の平衡端子と、
   前記第４のコイル部に接続された第２の平衡端子と、
   前記第３のコイル部及び前記第４のコイル部に接続された接地端子と、
   を備え、
   前記第３のコイル部及び前記第４のコイル部は同一の階層に形成されており、
   該階層と異なる階層にて前記第３のコイル部と前記第４のコイル部とがＬ成分を介して電気的に接続されており、
   前記Ｌ成分の少なくとも一部が、前記第３のコイル部及び前記第４のコイル部の双方のコイル導体の開口部上を迂回するように延在し、且つ、該双方のコイル導体の開口部に対向する領域に配置されている、
   薄膜バラン。
2. 前記接地端子と前記第４のコイル部との間に前記Ｌ成分が配置されている、
   請求項１に記載の薄膜バラン。

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