JP5246427B2 - Thin film balun - Google Patents
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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。 The present invention relates to a balun (balun transformer) that performs unbalanced-balanced signal conversion, and more particularly to a thin film balun formed by a thin film process that is advantageous for miniaturization and thinning.
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。 The wireless communication device includes various high frequency elements such as an antenna, a filter, an RF switch, a power amplifier, an RF-IC, and a balun. Among these, resonant elements such as antennas and filters handle unbalanced signals based on the ground potential (perform signal transmission), but RF-ICs that generate and process high-frequency signals are balanced types. Therefore, when the two are electromagnetically connected, a balun that functions as an unbalanced-balanced converter is used.
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、更なる小型薄型化が切望されている。このようなバランとしては、互いに対向配置された不平衡伝送線路と平衡伝送線路によって磁気結合を形成し、不平衡伝送線路の一方端が不平衡端子に接続され、且つ、他方端がキャパシタを介して接地端子に接続された構成を有するもの(特許文献1)が提案されている。 Recently, as a balun used in mobile communication devices such as mobile phones and mobile terminals, wireless LAN devices, and the like, further downsizing and thinning are desired. As such a balun, a magnetic coupling is formed by an unbalanced transmission line and a balanced transmission line arranged opposite to each other, one end of the unbalanced transmission line is connected to an unbalanced terminal, and the other end is connected via a capacitor. A device having a configuration connected to a ground terminal (Patent Document 1) has been proposed.
ところで、バランの通過特性として、その共振周波数は下記式(1);
fr=1/{2π(L・C)1/2} …(1)、
で表される。ここで、式中、frは共振周波数を示し、L(L成分)は、不平衡伝送線路と平衡伝送線路部で形成される共振回路の等価的なインダクタンスを示し、C(C成分)は、同キャパシタンスを示す。
By the way, as a passing characteristic of a balun, its resonance frequency is expressed by the following formula (1);
fr = 1 / {2π (L · C) 1/2 } (1),
It is represented by Here, fr represents the resonance frequency, L (L component) represents the equivalent inductance of the resonance circuit formed by the unbalanced transmission line and the balanced transmission line portion, and C (C component) is It shows the same capacitance.
ところが、バランを小型薄型化するには、不平衡伝送線路や平衡伝送線路を形成するコイル等の巻回数や線路長が不可避的に低減されてしまうため、共振回路のインダクタンスLが低下してしまい、式(1)から明らかなように、共振周波数fr(通過帯域の周波数)が高周波化してしまう。通常、無線通信等で使用されるバランの周波数の通過特性(所定周波数の減衰特性)は、それが搭載される通信機器やシステムの構成、規格、仕様等から要求仕様が定められており、バランの特性として特に重要である。具体的には、例えば、通過特性として共振周波数frのピーク値が2400〜2500MHz(2.4GHz帯域)といった数値が指定され、かかる周波数帯域での減衰量を十分に低く抑えるような仕様設計がなされる。しかし、上述の如く、バランの小型薄型化によって共振周波数frが高周波化すると、上記特許文献1に記載されたチップ型バランのような構成では、かかる要求仕様を満足することが困難となってしまう。
However, in order to reduce the size and thickness of the balun, the number of turns and the line length of the coils forming the unbalanced transmission line and the balanced transmission line are inevitably reduced, so that the inductance L of the resonance circuit is lowered. As is clear from Equation (1), the resonance frequency fr (passband frequency) is increased. Usually, the pass characteristics (attenuation characteristics of a predetermined frequency) of the frequency of a balun used in wireless communication and the like are determined from the configuration, standards, specifications, etc. of the communication equipment and system in which the balun is installed. It is particularly important as a property. Specifically, for example, a numerical value such that the peak value of the resonance frequency fr is 2400 to 2500 MHz (2.4 GHz band) is specified as the pass characteristic, and the specification design is performed so that the attenuation in the frequency band is sufficiently low. The However, as described above, when the resonance frequency fr is increased by reducing the size and thickness of the balun, it is difficult to satisfy the required specifications with the configuration of the chip-type balun described in
そこで、上記式(1)より、共振回路のキャパシタンスCを増大させることにより、共振周波数frの高周波化が抑止され得るが、本発明者の知見によれば、上記特許文献1に記載されたバランのようにキャパシタを設け、キャパシタンスCを単に増大させるだけでは、入力信号に対する所望の通過特性や、出力信号に対する所望の平衡特性(出力信号の振幅差や位相差)を得ることができず、その要求仕様を満足することが困難なことがある。
Therefore, from the above equation (1), the resonance frequency fr can be prevented from increasing by increasing the capacitance C of the resonance circuit, but according to the knowledge of the present inventor, the balun described in the above-mentioned
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、要求されるバランの諸特性を維持しつつ、小型薄型化することができる薄膜バランを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a thin film balun that can be reduced in size and thickness while maintaining the required characteristics of the balun.
上記課題を解決するため、本発明の薄膜バランは、不平衡回路と、不平衡回路に磁気結合する平衡回路と、不平衡回路に接続されたキャパシタと、を備えており、不平衡回路を構成する線路部の一部がキャパシタの一方の電極を兼ねるものである。 In order to solve the above problems, the thin film balun of the present invention includes an unbalanced circuit, a balanced circuit magnetically coupled to the unbalanced circuit, and a capacitor connected to the unbalanced circuit, and constitutes an unbalanced circuit. A part of the line portion to be used also serves as one electrode of the capacitor.
このような構成では、不平衡回路を構成する線路部の一部がキャパシタの一方の電極を兼ねることによって、薄膜バランの共振回路にキャパシタンスCが導入され、小型薄型化することができる。また、本発明者が鋭意研究した結果、その線路部の一部がキャパシタの電極を兼ねるように設けると、伝送信号の通過特性において共振周波数の高周波化を抑え、所望の範囲(仕様)に維持しつつ、伝送信号の平衡特性を調整することが可能であることが判明した。 In such a configuration, a part of the line portion constituting the unbalanced circuit also serves as one electrode of the capacitor, whereby the capacitance C is introduced into the resonance circuit of the thin film balun, and the size and thickness can be reduced. In addition, as a result of intensive studies by the present inventors, when a part of the line portion is also provided as a capacitor electrode, the transmission frequency of the transmission signal is suppressed from increasing the resonance frequency and maintained within a desired range (specification). However, it has been found that the balance characteristics of the transmission signal can be adjusted.
かかる作用機序の詳細は未だ不明ではあるが、不平衡回路を構成する線路部の一部がキャパシタの電極を兼ねることにより、そのキャパシタを不平衡回路に近接して配置することで直接的にキャパシタンスCが導入されるだけでなく、周囲の線路部との間にも浮遊容量のようなキャパシタンスが生起され、不平衡回路側の実効的なキャパシタンスが増大することが一つの要因であると推測される。このため、キャパシタの電極を兼ねる線路部の位置や面積を変化させることにより、薄膜バランの仕様に応じて所望の通過特性を維持しつつ平衡特性を容易に調整することが可能になるものと推測される。但し、作用はこれに限定されない。 Although the details of the mechanism of action are still unclear, a part of the line section constituting the unbalanced circuit also serves as the electrode of the capacitor, so that the capacitor is placed close to the unbalanced circuit and directly. It is presumed that one of the factors is that not only the capacitance C is introduced but also a capacitance such as a stray capacitance is generated between the surrounding line portions and the effective capacitance on the unbalanced circuit side is increased. Is done. For this reason, it is assumed that the balance characteristics can be easily adjusted while maintaining the desired pass characteristics according to the specifications of the thin film balun by changing the position and area of the line portion that also serves as the electrode of the capacitor. Is done. However, the action is not limited to this.
例えば、本発明の薄膜バランは、不平衡伝送線路と、不平衡伝送線路に対向配置され且つ磁気結合するよう積層された平衡伝送線路とを有し、不平衡伝送線路の一端は不平衡端子に接続され、他端はC成分を介して接地端子に接続されており、C成分が、不平衡伝送線路を構成する線路部の一部及び対向電極により構成されたものである。さらに詳細な一例として、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磁気結合する第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の線路部に接続された不平衡端子と、第2の線路部にC成分を介して接続された接地端子と、接地端子に接続され且つ第2の線路部の一部に対向する対向電極とを備えており、C成分が、第2の線路部の一部及び対向電極により構成されている。このようにしても、上述したのと同様の作用が奏される。 For example, the thin film balun of the present invention has an unbalanced transmission line and a balanced transmission line that is disposed opposite to the unbalanced transmission line and laminated so as to be magnetically coupled, and one end of the unbalanced transmission line serves as an unbalanced terminal. The other end is connected to the ground terminal via the C component, and the C component is constituted by a part of the line portion constituting the unbalanced transmission line and the counter electrode. As a more detailed example, the thin film balun of the present invention is disposed opposite to each of the unbalanced transmission line having the first line portion and the second line portion, and the first line portion and the second line portion, and A balanced transmission line having a third line portion and a fourth line portion to be magnetically coupled, an unbalanced terminal connected to the first line portion, and a ground connected to the second line portion via a C component A terminal and a counter electrode connected to the ground terminal and facing a part of the second line portion, and the C component is constituted by a part of the second line portion and the counter electrode. Even if it does in this way, the effect | action similar to having mentioned above is show | played.
好ましくは、第2の線路部は、第1の線路部に対応する線路部から延びた(線路部から延長された)延在部を有し、対向電極は、第2の線路部の延在部に対向し、C成分が、第2の線路部の延在部と、対向電極とにより構成されている。このように、第2の線路部が延在部を含むことにより、第1の線路部と第3の線路部の磁気結合と、第2の線路部と第4の線路部の磁気結合とが等価に維持されつつ、C成分が平衡伝送線路と直接結合する領域からはみ出して配置されることにより、薄膜バランの共振回路にキャパシタンスが有効に導入され小型薄膜化することができる。また、その結果、共振周波数の高周波化の抑制及び伝送信号の平衡特性の向上が両立できるものと推測される。ただし、作用はこれに限定されない。 Preferably, the second line portion has an extending portion (extending from the line portion) extending from the line portion corresponding to the first line portion, and the counter electrode is an extension of the second line portion. The C component is constituted by the extended portion of the second line portion and the counter electrode. As described above, since the second line portion includes the extending portion, the magnetic coupling between the first line portion and the third line portion and the magnetic coupling between the second line portion and the fourth line portion are caused. By maintaining the equivalent and projecting from the region where the C component is directly coupled to the balanced transmission line, the capacitance is effectively introduced into the resonance circuit of the thin film balun, and the thin film can be reduced. As a result, it is presumed that both suppression of high resonance frequency and improvement of transmission signal balance characteristics can be achieved. However, the action is not limited to this.
例えば、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磁気結合する第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のコイル部に接続された不平衡端子と、第2のコイル部にC成分を介して接続された接地端子と、接地端子に接続され且つ第2のコイル部の一部に対向する対向電極とを備えており、C成分が、第2のコイル部の一部及び対向電極により構成されているものである。このようにしても、上述したのと同様の作用が奏される。 For example, the thin film balun according to the present invention includes a first coil part and a second coil part, and an unbalanced transmission line having a first coil part and a second coil part. A balanced transmission line having three coil parts and a fourth coil part; an unbalanced terminal connected to the first coil part; a ground terminal connected to the second coil part via a C component; And a counter electrode that is connected to the terminal and faces a part of the second coil part, and the C component is constituted by a part of the second coil part and the counter electrode. Even if it does in this way, the effect | action similar to having mentioned above is show | played.
例えば、対向電極は、第2のコイル部における内周のコイル導体よりも外周のコイル導体に近いコイル導体の一部に対向している。これにより、第2のコイル部と第4のコイル部の磁気結合により生じる磁束が通過するコイル開口から、対向電極を適宜離間させることができる。この結果、上述したのと同様に、第1のコイル部と第3のコイル部の磁気結合と、第2のコイル部と第4のコイル部の磁気結合とが等価に近い状態に維持されつつ、薄膜バランの共振回路にキャパシタンスが有効に導入され、さらに、共振周波数の高周波化の抑制及び伝送信号の平衡特性の向上が両立できるものと推測される。ただし、作用はこれに限定されない。この場合、好ましくは、対向電極は、第2のコイル部における外周のコイル導体の一部に対向している。 For example, the counter electrode is opposed to a part of the coil conductor closer to the outer coil conductor than the inner coil conductor in the second coil portion. Accordingly, the counter electrode can be appropriately separated from the coil opening through which the magnetic flux generated by the magnetic coupling between the second coil portion and the fourth coil portion passes. As a result, as described above, the magnetic coupling between the first coil portion and the third coil portion and the magnetic coupling between the second coil portion and the fourth coil portion are maintained in an almost equivalent state. It is estimated that the capacitance is effectively introduced into the resonance circuit of the thin film balun, and further, the suppression of the resonance frequency can be suppressed and the balance characteristic of the transmission signal can be improved. However, the action is not limited to this. In this case, preferably, the counter electrode opposes a part of the outer peripheral coil conductor in the second coil portion.
またさらに、本発明者は、更に鋭意研究を行った結果、より一層好適な対向電極の構成例を種々見出した。すなわち、その一例として、対向電極が、第2のコイル部を構成する互いに隣り合うコイル導体の間のスペースの一部の延在方向に並行しており(換言すれば、その延在方向に沿って設けられており)且つそのスペースの両側の対向電極の一部と対向しているものであると有用である。あるいは、対向電極が、第2のコイル部を構成するコイル導体の一部の延在方向に並行しており(換言すれば、その延在方向に沿って設けられており)且つコイル導体の一部と対向しているものであっても好ましい。 Furthermore, as a result of further earnest studies, the present inventor has found various examples of more suitable counter electrode configurations. That is, as an example, the counter electrode is parallel to the extending direction of a part of the space between adjacent coil conductors constituting the second coil portion (in other words, along the extending direction). It is useful that the electrode is opposed to a part of the counter electrode on both sides of the space. Alternatively, the counter electrode is parallel to the extending direction of a part of the coil conductor constituting the second coil portion (in other words, provided along the extending direction) and one of the coil conductors is provided. It is also preferable that it is opposed to the part.
本発明によれば、不平衡回路を構成する線路部の一部が、不平衡回路に接続されるキャパシタの一方の電極を兼ねることによって、要求されるバランの諸特性を維持しつつ、小型薄型化することが可能となる。 According to the present invention, a part of the line portion constituting the unbalanced circuit also serves as one electrode of the capacitor connected to the unbalanced circuit, thereby maintaining the required characteristics of the balun and reducing the size and thickness. Can be realized.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. Further, positional relationships such as up, down, left and right are based on the positional relationships shown in the drawings unless otherwise specified. Furthermore, the dimensional ratios in the drawings are not limited to the illustrated ratios. Further, the following embodiments are exemplifications for explaining the present invention, and are not intended to limit the present invention only to the embodiments. Furthermore, the present invention can be variously modified without departing from the gist thereof.
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、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、それぞれ磁気結合が形成されている。
FIG. 1 is an equivalent circuit diagram showing the configuration of a preferred embodiment according to the thin film balun of the present invention. The
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に接続されており、線路部L2における線路部L1との結合端の他端側の一部が、C成分(容量成分)であるキャパシタDを介して接地端子G(接地電位)に接続されている。キャパシタDは、線路部L2の他端側の一部により構成された電極D1と、接地端子Gに接続された電極D2(対向電極)が、適宜の誘電体を介して対向設置されたものである。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BT1及び平衡端子BT2に接続されている。さらに、線路部L3及び線路部L4の結合部が、接地端子Gと同電位に接地されている。
In the
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、上述した磁気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。
The lengths of the line portions L1 to L4 described above vary depending on the specifications of the
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とが磁気結合(第1の磁気結合)し、線路部L2と線路部L4とが磁気結合(第2の磁気結合)することにより、入力された不平衡信号は位相が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。
The basic operation of the
次に、上記の薄膜バランの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。図2に示すように、例えばアルミナ等の絶縁性基板100側から順に配線層M0,M1,M2,M3が形成されている。例えば、上述した不平衡伝送線路ULは配線層M1により形成され、平衡伝送線路BLは配線層M2により形成されている。同一の配線層における配線間、及び異なる配線層間には絶縁層が形成されている。例えば、配線層M0とM1との間には窒化シリコンからなる絶縁層102が形成されている。その他の部位の絶縁層101として、例えばポリイミドが用いられる。ただし、材料は上述のものに限定されず、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できる。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。
Next, the wiring structure of the thin film balun will be described. FIG. 2 is a vertical sectional view schematically showing the wiring structure of the
次に、薄膜バランの一実施形態における各配線層M0,M1,M2,M3のパターンについて詳細に説明する。以下の各実施形態では、線路部L1〜L4としてコイル部を用いたものである。 Next, the patterns of the wiring layers M0, M1, M2, and M3 in one embodiment of the thin film balun will be described in detail. In the following embodiments, coil portions are used as the line portions L1 to L4.
(第1実施形態)
図3〜図6は、第1実施形態の薄膜バラン1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6に示す如く、配線層B1,M0〜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〜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。なお、図3〜図6に示す全てのスルーホールPには、上下各層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。以下、各配線層の構成について詳細に説明する。
(First embodiment)
3 to 6 are horizontal sectional views schematically showing each wiring layer in the
図3に示すように、絶縁性基板100上の配線層M0には、キャパシタDの電極D2が、配線層M1のコイル部C2の一部と対向する位置に形成されている。電極D2は、接地端子Gに接続されている。第1実施形態では、キャパシタDの電極D2は、コイル部2における外周のコイル導体であって、接地端子Gから平衡端子BT2に向かって延在するコイル導体に並行している。
As shown in FIG. 3, in the wiring layer M0 on the insulating
また、図4に示す如く、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、第1の線路部)及びコイル部C2(第2のコイル部、第2の線路部)が隣接して形成されている。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する。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P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Pに接続されている。コイル導体12の外側の端部12aは開放されているが、外周のコイル導体12の一部はキャパシタの電極D1を兼ねており、配線層M0の電極D2と対向している。
As shown in FIG. 4, the wiring layer M1 includes a coil part C1 (first coil part, first line part) and a coil part C2 (second coil part, second coil) constituting the unbalanced transmission line UL. 2 line portions) are formed adjacent to each other. Each coil part C1, C2 comprises what is corresponded to a 1/4 wavelength ((lambda) / 4) resonator. The
さらにまた、図5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、第3の線路部)及びコイル部C4(第4のコイル部、第4の線路部)が隣接して形成されている。各コイル部C3,C4は、コイル部C1,C2と同様に1/4波長(λ/4)共振器に相当するものを構成する。平衡伝送線路BLのこれらコイル部C3,C4は、それぞれ、不平衡伝送線路ULのコイル部C1,C2に対向配置されており、対向している部分で磁気結合して結合器を構成する。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P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Pに接続されている。
Furthermore, as shown in FIG. 5, the wiring layer M2 includes a coil part C3 (third coil part, third line part) and a coil part C4 (fourth coil part, constituting the balanced transmission line BL). (Fourth line portion) is formed adjacent to each other. Each coil part C3, C4 comprises what is corresponded to a 1/4 wavelength ((lambda) / 4) resonator similarly to coil part C1, C2. These coil parts C3 and C4 of the balanced transmission line BL are respectively arranged to face the coil parts C1 and C2 of the unbalanced transmission line UL, and are magnetically coupled at the opposed parts to constitute a coupler. The
それから、図6に示すように、配線層M3には、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31、及び、コイル部C1とコイル部C2を接続するための配線32が形成されている。配線31は、2つのスルーホールPと接地端子Gとを接続するように形成された分岐配線である。そして、配線31は、2つのスルーホールPを介して、配線層M2に形成されたコイル導体21の端部21b及びコイル導体22の端部22bに接続されている。一方、配線32はスルーホールPを介して配線層M1に形成されたコイル導体11の端部11b及びコイル導体12の端部12bに接続されている。
Then, as shown in FIG. 6, in the wiring layer M3, a
このように、本実施形態においては、一の階層である配線層M1に不平衡伝送線路を構成する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32、及び、コイル部C3,C4を接続する配線31が形成されるとともに、配線層M1に隣り合う配線層M2とは逆側の階層である配線層M0に、コイル部C2におけるコイル導体12の一部と対向してキャパシタDを構成するための電極D2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1が得られる。
As described above, in the present embodiment, two coil portions C1 and C2 constituting the unbalanced transmission line are formed in the wiring layer M1 which is one layer, and balanced in the wiring layer M2 which is another layer adjacent thereto. Two coil portions C3 and C4 constituting the transmission line are formed, and the coil portions C1 and C2 are connected to a wiring layer M3 which is another layer opposite to the wiring layer M1 adjacent to the wiring layer M2. The
(第1A実施形態)
図7は、本発明に係る第1A実施形態の薄膜バラン1Aにおける配線層M0を概略的に示す水平断面図である。配線層M0以外の構成は、第1実施形態と同様である。図7に示す薄膜バラン1Aでは、キャパシタDの電極D2が、平面視において、コイル部C2の右から2列目のコイル導体の延在方向に並行し且つ当該コイル導体の一部と対向するように配置されている。
(1A embodiment)
FIG. 7 is a horizontal sectional view schematically showing the wiring layer M0 in the
(第1B実施形態)
図8は、本発明に係る第1B実施形態の薄膜バラン1Bにおける配線層M0を概略的に示す水平断面図である。配線層M0以外の構成は、第1実施形態と同様である。図8に示す薄膜バラン1Bでは、キャパシタDの電極D2が、平面視において、コイル部C2の右から1列目(最外周)のコイル導体と2列目のコイル導体の間のスペースの延在方向に並行し且つ当該スペースの両側のコイル導体の一部と対向するように配置されている。
(1B embodiment)
FIG. 8 is a horizontal sectional view schematically showing the wiring layer M0 in the
(第1C実施形態)
図9は、本発明に係る第1C実施形態の薄膜バラン1Cにおける配線層M0を概略的に示す水平断面図である。配線層M0以外の構成は、第1実施形態と同様である。図9に示す薄膜バラン1Cでは、キャパシタDの電極D2が、平面視において、コイル部C2の右から3列目のコイル導体の延在方向に並行し且つ当該コイル導体の一部と対向するように配置されている。
(1C embodiment)
FIG. 9 is a horizontal sectional view schematically showing the wiring layer M0 in the
(第1D実施形態)
図10は、本発明に係る第1D実施形態の薄膜バラン1Dにおける配線層M0を概略的に示す水平断面図である。配線層M0以外の構成は、第1実施形態と同様である。図10に示す薄膜バラン1Dは、第1B実施形態の薄膜バラン1BのキャパシタDの電極D2の長さを短くしたものであり、矩形状に形成した場合のコイル部C2の一辺よりもキャパシタDの電極D2の長さを短くしたものである。
(1D embodiment)
FIG. 10 is a horizontal sectional view schematically showing the wiring layer M0 in the
(特性評価)
以上説明した各実施形態の薄膜バラン1〜1Dについて、通過特性(挿入損失)及び平衡特性(平衡信号の位相差及び振幅差)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(共振周波数fr)を2400〜2500MHzとした。図11は、通過特性の評価結果を示す図であり、図12は位相差の評価結果を示す図であり、図13は振幅差の評価結果を示す図である。各図において、曲線E1,E1A〜E1Dが、それぞれ、薄膜バラン1,1A〜1Dの評価結果を示す。
(Characteristic evaluation)
With respect to the
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。位相差は、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。振幅差は、平衡端子BT1と平衡端子BT2から出力される2つの平衡信号の振幅差であることから0dBがより理想的な出力バランスとなる。 The pass characteristic indicates how much the signal is allowed to pass without being lost in the evaluation target frequency region, and 0 dB is an ideal pass characteristic in the evaluation target frequency region. Since the phase difference is the phase difference between the two balanced signals output from the balanced terminal BT1 and the balanced terminal BT2, 180 deg is a more ideal phase balance. Since the amplitude difference is an amplitude difference between two balanced signals output from the balanced terminal BT1 and the balanced terminal BT2, 0 dB is a more ideal output balance.
これらの結果より、各実施形態の薄膜バランにおいては、通過特性及び位相バランスの点において優れた特性を維持していることが確認された。振幅バランスについては、キャパシタDの電極D2の配置により調整できることが確認された。これらのなかでも、電極D2が、コイル部C2における内周のコイル導体よりも外周のコイル導体に近いコイル導体の一部に対向している薄膜バラン1,1A,1B,1Dでは、薄膜バラン1Cに比して、振幅バランスが優れていることが確認された。さらに、これらのうち、電極D2が、コイル部C2における外周のコイル導体の一部に対向している薄膜バラン1,1B,1Dでは、薄膜バラン1Aに比して、振幅バランスが優れていることが確認された。特に、薄膜バラン1Bに対する評価結果から、キャパシタDの電極D2が、平面視において、コイル部C2における隣接するコイル導体の間のスペースの延在方向に並行して配置された薄膜バランの通過特性および平衡特性が最も優れていることが確認された。
From these results, it was confirmed that the thin film balun of each embodiment maintained excellent characteristics in terms of pass characteristics and phase balance. It was confirmed that the amplitude balance can be adjusted by the arrangement of the electrode D2 of the capacitor D. Among these, in the
(第2実施形態)
第2実施形態の薄膜バラン2では、コイル部C2をコイル部C1よりも長くして、その延在部に対向するようにキャパシタDの電極D2を配置したものである。図14,15は、本発明に係る第2実施形態の薄膜バラン2における配線層M0,M1を概略的に示す水平断面図である。
(Second Embodiment)
In the
図14に示すように、配線層M0には、キャパシタDの電極D2が、接地端子Gに接続され、かつ接地端子Gから不平衡端子UTに向かって延在している。 As shown in FIG. 14, in the wiring layer M0, the electrode D2 of the capacitor D is connected to the ground terminal G and extends from the ground terminal G toward the unbalanced terminal UT.
また、図15に示す如く、配線層M1に形成されたコイル部C2は、コイル部C1よりも長く形成されており、その延在部12cは、コイル部C2と同じ層内で、巻回方向と同じ方向に延び、且つ平衡伝送線路と対向する領域からはみ出して形成されている。そして、その延在部12cがキャパシタDの電極D1を兼ねる。コイル部C2の一部である電極D1は、配線層M0の電極D2と対向している。その他の配置については、第1実施形態と同様である。
Further, as shown in FIG. 15, the coil part C2 formed in the wiring layer M1 is formed longer than the coil part C1, and the extending
(第2A実施形態)
図16は、本発明に係る第2A実施形態の薄膜バラン2Aにおける配線層M0を概略的に示す水平断面図である。配線層M0以外の構成は、第2実施形態と同様である。図16に示す薄膜バラン2Aでは、キャパシタDの電極D2が、平面視において、コイル部C2の下から2列目のコイル導体の延在方向に並行し且つ当該コイル導体の一部と対向するように配置されている。
(Second Embodiment A)
FIG. 16 is a horizontal cross-sectional view schematically showing a wiring layer M0 in the
(第2B実施形態)
図17は、本発明に係る第2B実施形態の薄膜バラン2Bにおける配線層M0を概略的に示す水平断面図である。配線層M0以外の構成は、第2実施形態と同様である。図17に示す薄膜バラン2Bでは、キャパシタDの電極D2が、平面視において、コイル部C2の右から2列目のコイル導体と3列目のコイル導体の間のスペースの延在方向に並行し且つ当該スペースの両側のコイル導体の一部と対向するように配置されている。
(Second Embodiment)
FIG. 17 is a horizontal sectional view schematically showing the wiring layer M0 in the
(第2C実施形態)
図18は、本発明に係る第2C実施形態の薄膜バラン2Cにおける配線層M0を概略的に示す水平断面図である。配線層M0以外の構成は、第2実施形態と同様である。図18に示す薄膜バラン2Cでは、キャパシタDの電極D2が、平面視において、コイル部C2の下から1列目のコイル導体(延在部12c)と2列目のコイル導体の間のスペースの延在方向に並行し且つ当該スペースの両側のコイル導体の一部と対向するように配置されている。
(2C embodiment)
FIG. 18 is a horizontal sectional view schematically showing the wiring layer M0 in the
(第2D実施形態)
図19は、本発明に係る第2D実施形態の薄膜バラン1Bにおける配線層M0を概略的に示す水平断面図である。配線層M0以外の構成は、第2実施形態と同様である。図19に示す薄膜バラン2Dは、コイル部C2の右下の領域における複数のコイル導体21に対向するようにキャパシタDの電極D2が配置されたものである。ただし、電極D2の面積は、第2〜第2C実施形態と同じにしている。
(2D embodiment)
FIG. 19 is a horizontal sectional view schematically showing a wiring layer M0 in the
(特性評価)
以上説明した各実施形態の薄膜バラン2〜2Dについて、通過特性(挿入損失)及び平衡特性(平衡信号の位相差及び振幅差)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(共振周波数fr)を2400〜2500MHzとした。図20は、通過特性の評価結果を示す図であり、図21は位相差の評価結果を示す図であり、図22は振幅差の評価結果を示す図である。各図において、曲線E2,E2A〜E2Dが、それぞれ、薄膜バラン2,2A〜2Dの評価結果を示す。
(Characteristic evaluation)
With respect to the
これらの結果より、各実施形態の薄膜バランにおいては、通過特性及び位相バランスの点において優れた特性を維持していることが確認された。振幅バランスについては、キャパシタDの電極D2の配置により調整できることが確認された。薄膜バラン2〜2Dに対する評価結果から、コイル部C2の延在部12cにキャパシタDの電極D2を対向させることにより、電極D2の位置を調整しても共振周波数frのピーク値のシフトが小さいことが確認された。特に、薄膜バラン2Dに対する評価結果から、平面視において、コイル部C2の右下の領域における複数のコイル導体21に対向するようにキャパシタDの電極D2が配置された薄膜バランの振幅バランスが最も優れていることが確認された。
From these results, it was confirmed that the thin film balun of each embodiment maintained excellent characteristics in terms of pass characteristics and phase balance. It was confirmed that the amplitude balance can be adjusted by the arrangement of the electrode D2 of the capacitor D. From the evaluation results for the
次に、コイル部C2に延在部の有無による通過特性及び平衡特性の差異を評価した。この評価のため、以下の第1E,1F実施形態および第2,2A,2B実施形態の薄膜バランを用いた。 Next, the difference of the passage characteristic and the balance characteristic by the presence or absence of the extension part in the coil part C2 was evaluated. For this evaluation, the thin film baluns of the following 1E, 1F and 2,2A, 2B embodiments were used.
(第1E,1F実施形態)
図23は、本発明に係る第1E,1F実施形態の薄膜バラン1E,1Fにおける配線層M1を概略的に示す水平断面図である。図23に示すように、薄膜バラン1E,1Fでは、コイル部C2は、延在部を有していない。図示はしないが、薄膜バラン1Eは図16に示した薄膜バラン2Aと同じ配線層M0を備え、薄膜バラン1Fは図17に示した薄膜バラン2Bと同じ配線層M0を備える。配線層M0,M1以外の構成は、第1実施形態と同じである。
(1E, 1F embodiment)
FIG. 23 is a horizontal sectional view schematically showing the wiring layer M1 in the
(第2,2A,2B実施形態)
図24は、上述した本発明に係る第2,2A,2B実施形態の薄膜バラン2,2A,2Bにおける配線層M1を確認的に示す水平断面図である。図24に示すように、薄膜バラン2,2A,2Bは、キャパシタDの電極Dとなる延在部12cを有している。上述したように、薄膜バラン2は図14に示す配線層M0を備え、薄膜バラン2Aは図16に示す配線層M0を備え、薄膜バラン2Bは図17に示す配線層M0を備える。配線層M0,M1以外の構成は、第1実施形態と同じである。
(Second, 2A, 2B embodiments)
FIG. 24 is a horizontal sectional view positively showing the wiring layer M1 in the
(特性評価)
以上説明した各実施形態の薄膜バラン1E,1Fについて、通過特性(挿入損失)及び平衡特性(平衡信号の位相差及び振幅差)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(共振周波数fr)を2400〜2500MHzとした。図25は、通過特性の評価結果を示す図であり、図26は位相差の評価結果を示す図であり、図27は振幅差の評価結果を示す図である。なお、各図には、前述した薄膜バラン2,2A,2Bの結果も併記した。各図において、曲線E1E,E1F,E2,E2A〜E2Bが、それぞれ、薄膜バラン1E,1F,2,2A〜2Bの評価結果を示す。
(Characteristic evaluation)
With respect to the
薄膜バラン1E,1Fに対する評価結果から、コイル部C2の延在部12cにキャパシタDの電極D2を対向させることにより、電極D2の位置を調整しても共振周波数frのピーク値のシフトが小さいことが確認された。
From the evaluation results for the
(比較例)
図28は、比較例の薄膜バラン4における配線層B1を概略的に示す水平断面図である。この配線層B1は、絶縁性基板100と配線層M0との間に設けられたものである。図28に示す如く、比較例の薄膜バラン4は、キャパシタKが、平面視において、コイル部C2の領域の範囲外の領域に配置されたものである。なお、図示においては、キャパシタKの電極K1のみを記載したが、その電極K1に対向する配線層M0における位置に、電極K1と同形状の対向電極(本発明の実施形態において電極D2に相当するもの)が形成されている。また、電極K1は、配線51によって接地端子G近傍のスルーホールPに接続されており、当該スルーホールPを介して配線層M1のコイル部C2の端部12aに接続されている。なお、配線層M0に形成される対向電極は、配線52によって接地端子Gに接続されている。
(Comparative example)
FIG. 28 is a horizontal sectional view schematically showing the wiring layer B1 in the
(特性評価)
上記の比較例の薄膜バラン4について、伝送信号の通過特性(減衰特性)をシミュレーションにより評価した結果を、図29に示す。シミュレーションにおいては、伝送信号の評価対象周波数(共振周波数fr)を2400〜2500MHzとし、この周波数範囲における減衰量が1dB未満を目標仕様とし、各薄膜バランの通過特性を評価した。
(Characteristic evaluation)
FIG. 29 shows the result of evaluating the transmission signal transmission characteristic (attenuation characteristic) by simulation for the
図29において、曲線R4が、薄膜バラン4の評価結果を示す。これらの結果より、比較例の薄膜バラン4は、図29に示す如く、通過特性における目標仕様の周波数域における減衰量が本発明による薄膜バランよりも大きくなってしまい、その目標仕様を満たさないことが判明した。
In FIG. 29, a curve R4 shows the evaluation result of the
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変形が可能である。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。さらに、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々のコイル配置を採用することが可能である。
In addition, as above-mentioned, this invention is not limited to said each embodiment, A various deformation | transformation is possible in the limit which does not change the summary. For example, the arrangement of the unbalanced terminal UT, the balanced terminals BT1 and BT2, and the ground terminal G is not limited to the illustrated position. Further, the multilayer wiring structure constituting the thin film balun may be less than the number of layers shown or more than the number of layers shown. Furthermore, it is of course possible to have a structure in which the order of the wiring layers on the insulating
本発明の薄膜バランによれば、不平衡回路を構成する線路部の一部が、不平衡回路に接続されるキャパシタの一方の電極を兼ねることによって、要求されるバランの諸特性を維持しつつ、小型薄型化することができるので、特に、小型薄型化が要求される無線通信機器、装置、モジュール、及びシステム、並びにそれらを備える設備、さらには、それらの製造に広く適用することが可能である。 According to the thin film balun of the present invention, a part of the line portion constituting the unbalanced circuit also serves as one electrode of the capacitor connected to the unbalanced circuit, thereby maintaining the required balun characteristics. In particular, wireless communication devices, apparatuses, modules, and systems that are required to be small and thin, as well as equipment provided with them, and can be widely applied to their manufacture. is there.
1〜1F,2〜2C…本発明に係る薄膜バラン、4…比較例の薄膜バラン、11,12,21,22…コイル導体、11a,11b,12a,12b,21a,21b,22a,22b…端部、31,32…配線、51…配線、B1,M0,M1,M2,M3…配線層、C1…コイル部(第1のコイル部、第1の線路部)、C2…コイル部(第2のコイル部、第2の線路部)、C3…コイル部(第3のコイル部、第3の線路部)、C4…コイル部(第4のコイル部、第4の線路部)、D…キャパシタ(C成分、容量成分)、D1…電極、D2…電極(対向電極)、G…接地端子(接地電位)、K…キャパシタ、K1…電極、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)、P…スルーホール、UL…不平衡伝送線路(不平衡回路)、BL…平衡伝送線路(平衡回路)、UT…不平衡端子、BT1…平衡端子(第1の平衡端子)、BT2…平衡端子(第2の平衡端子)。
1 to 1F, 2 to 2C ... thin film balun according to the present invention, 4 ... comparative thin film balun, 11, 12, 21, 22 ... coil conductors, 11a, 11b, 12a, 12b, 21a, 21b, 22a, 22b ...
Claims (4)
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磁気結合する第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のコイル部に接続された不平衡端子と、
前記第2のコイル部にC成分を介して接続された接地端子と、
前記接地端子に接続され且つ前記第2のコイル部の一部に対向する対向電極と、
を備えており、
前記C成分が、前記第2のコイル部の一部及び前記対向電極により構成され、
前記対向電極は、前記第2のコイル部における内周のコイル導体よりも外周のコイル導体に近いコイル導体の一部に対向している、
薄膜バラン。 An unbalanced transmission line having a first coil portion and a second coil portion;
A balanced transmission line having a third coil portion and a fourth coil portion that are arranged opposite to each other and magnetically coupled to each of the first coil portion and the second coil portion;
An unbalanced terminal connected to the first coil portion;
A ground terminal connected to the second coil portion via a C component;
A counter electrode connected to the ground terminal and facing a part of the second coil portion;
With
The C component is constituted by a part of the second coil part and the counter electrode ,
The counter electrode is opposed to a part of the coil conductor that is closer to the outer coil conductor than the inner coil conductor in the second coil portion.
Thin film balun.
請求項1に記載の薄膜バラン。 The counter electrode is opposed to a part of the outer peripheral coil conductor in the second coil portion,
The thin film balun according to claim 1 .
請求項1に記載の薄膜バラン。 The counter electrode is parallel to the extending direction of a part of a space between adjacent coil conductors constituting the second coil portion, and faces a part of the counter electrode on both sides of the space. Yes,
The thin film balun according to claim 1 .
請求項1に記載の薄膜バラン。 The counter electrode is parallel to the extending direction of a part of the coil conductor constituting the second coil part and is opposed to a part of the coil conductor.
The thin film balun according to claim 1 .
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