JP5472718B2

JP5472718B2 - カプラ

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Inventors: 俊康藤原
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Description

本発明は、出力信号の一部をピックアップするディレクショナル・カプラ（Directional Coupler:方向性結合器、以下単にカプラと称する。）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カプラに関する。

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、カプラ、バラン等の各種高周波素子によって構成される。通常、パワーアンプの出力利得を一定に維持、制御するために出力の一部をピックアップしパワーアンプの入力にフィードバックをかけることを目的として、カプラが使用されている。

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カプラとして、更なる小型薄型化が切望されている。このようなカプラとしては、主線路の層と絶縁層を介して配置された副線路の層とにより層間で電磁気的な結合を形成する積層型のカプラが知られている（特許文献１）。

特開２００３−６９３１６号公報

しかしながら、カプラを小型薄型化するために、カプラのサイズを小さくした場合には、カプラを形成するコイル等の線路が不可避的に短くなり、カプラとしての結合が小さくなる恐れがある。また、カプラの結合を増大させるべくコイルの巻回数を増やすと、同一層内における同じ線路同士の不要な結合の増大を招くことから、方向性（Directivity）やアイソレーション（Isolation）特性が劣化するという問題がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、要求されるカプラの諸特性を維持しつつ、小型薄型化することができるカプラを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のカプラは、主線路及び第１接続配線を含む第１線路と、副線路及び第２接続配線を含む第２線路とを有し、主線路及び副線路は、電磁気的な結合をするように、絶縁層を介して互いに異なる階層に配置され、第１接続配線と第２接続配線のうち少なくとも一方が、同一階層内において第１線路及び第２線路が電磁気的な結合をするように、第１線路又は第２線路と同一階層に配置されている。

本発明の構成によれば、第１線路及び第２線路は異なる階層間における電磁気的な結合のみならず、同一階層内における電磁気的な結合をしていることから、結合を増大させることができる。このため、方向性やアイソレーション特性の劣化を抑制しつつ、カプラの結合を増大させることができる。この結果、カプラの所特性を維持しつつ、小型薄型化が可能となる。

例えば、第１接続配線の少なくとも一部が、第２線路の少なくとも一部と同一階層において隣接して配置されている。または、第１接続配線の少なくとも一部が、副線路の少なくとも一部と同一階層において隣接して配置されていてもよい。または、第２接続配線の少なくとも一部が、主線路の少なくとも一部と同一階層において隣接して配置されていてもよい。

好ましくは、平面視したときに同じ配線の一部同士が交差する箇所において、配線の一部同士が直交するように配置されている。このような構成により、第１線路の一部同士の結合、第２線路の一部同士の結合といった不要な結合が回避されることから、方向性やアイソレーション特性の劣化が抑制される。

好ましくは、絶縁層を貫通して主線路又は副線路に接続されたビアをさらに有し、ビアを介して絶縁層の同一面側に第１線路及び第２線路が引き出されている。この場合、例えば、本発明のカプラは、主線路を少なくとも含む第１層と、副線路を少なくとも含む第２層と、第１接続配線及び／又は第２接続配線の一部を少なくとも含む第３層とを備える。このように、ビアを介して絶縁層の同一面側に第１線路及び第２線路が引き出されることにより、第１線路及び第２線路が形成される配線層を共有することができることから、カプラの層数を減少させることができ、カプラの薄型化に寄与することが可能となる。

本発明によれば、第１線路及び第２線路は異なる階層間での電磁気的な結合のみならず、同一階層内においても電磁気的な結合をすることとなり、結合を増大させることができる。このため、要求されるカプラの諸特性を維持しつつ、小型薄型化が可能となる。

本発明のカプラの一実施形態の構成を示す等価回路図である。カプラの一実施形態の構成を示す垂直断面図である。カプラ１Ａの配線層Ｍ１における水平断面図である。カプラ１Ａの絶縁層Ｉ１における水平断面図である。カプラ１Ａの配線層Ｍ２における水平断面図である。カプラ１Ａの絶縁層Ｉ２における水平断面図である。カプラ１Ａの配線層Ｍ３における水平断面図である。カプラ１Ａの保護層Ｉ３における水平断面図である。平面視したときのカプラ１Ａの配線のレイアウト図である。カプラ１Ｂの配線層Ｍ１における水平断面図である。カプラ１Ｂの絶縁層Ｉ１における水平断面図である。カプラ１Ｂの配線層Ｍ２における水平断面図である。カプラ１Ｂの絶縁層Ｉ２における水平断面図である。カプラ１Ｂの配線層Ｍ３における水平断面図である。平面視したときのカプラ１Ｂの配線のレイアウト図である。カプラ１Ｃの配線層Ｍ１における水平断面図である。カプラ１Ｃの絶縁層Ｉ１における水平断面図である。カプラ１Ｃの配線層Ｍ２における水平断面図である。カプラ１Ｃの絶縁層Ｉ２における水平断面図である。カプラ１Ｃの配線層Ｍ３における水平断面図である。平面視したときのカプラ１Ｃの配線のレイアウト図である。カプラ１Ｄの配線層Ｍ１における水平断面図である。カプラ１Ｄの絶縁層Ｉ１における水平断面図である。カプラ１Ｄの配線層Ｍ２における水平断面図である。カプラ１Ｄの絶縁層Ｉ２における水平断面図である。カプラ１Ｄの配線層Ｍ３における水平断面図である。平面視したときのカプラ１Ｄの配線のレイアウト図である。

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、本発明のカプラの実施形態の構成を示す等価回路図である。カプラ１は、第１線路Ｌ１と、第１線路Ｌ１と電磁気的に結合する第２線路Ｌ２とを備えている。第１線路Ｌ１と第２線路Ｌ２との間の電磁気的な結合として、磁気結合Ｍと、容量結合Ｃ１，Ｃ２を図１に図解している。

このカプラ１においては、第１線路Ｌ１の一端が入力端子Ｔ１１に接続され、第１線路Ｌ１の他端が出力端子Ｔ１２に接続されている。また、第２線路Ｌ２の一端がカップリング端子Ｔ２１に接続され、第２線路Ｌ２の他端がアイソレーション端子Ｔ２２に接続されている。アイソレーション端子Ｔ２２は、抵抗Ｒを介して接地電位Ｇに固定される。

上述した線路Ｌ１〜Ｌ２の長さは、カプラ１の仕様に応じて異なり、例えば、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Ｌ１〜Ｌ２の形状は、上述した電磁的な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、同図を参照してカプラ１の基本的な動作について説明する。信号は、入力端子Ｔ１１に入力され、出力端子Ｔ１２から出力される。入力端子Ｔ１１に信号が入力されると、第１線路Ｌ１には主電流ＩＭが流れる。主電流ＩＭが第１線路Ｌ１に流れると、磁気結合Ｍに基づく誘導電流ＩＬが第２線路Ｌ２において一方向に向かって流れるとともに、容量結合Ｃ１，Ｃ２に基づく変位電流ＩＣが第２線路Ｌ２において両側に向かって流れる。第２線路Ｌ２を最終的に流れる電流は、磁気結合Ｍに基づく誘導電流ＩＬと、容量結合Ｃ１，Ｃ２に基づく変位電流ＩＣの和となり、その結果、磁気結合による誘導電流の方向と一致した方向性をもつ電流がカップリング端子Ｔ２１に向かって流れることとなる。このように信号がカプラの入力端子Ｔ１１に入力され出力端子Ｔ１２から出力されると、当該信号の一部に相当する信号がカップリング端子Ｔ２１から出力される。

上記のカプラ１は、例えばパワーアンプ（ＰＡ）の出力モニタ用に使用される。この場合、カプラ１の入力端子Ｔ１１がパワーアンプの出力端子に接続され、カプラ１のカップリング端子Ｔ２１がＡＧＣ検波回路を介してパワーアンプの入力端子に接続される。これにより、パワーアンプから出力された信号がカプラ１の入力端子Ｔ１１に入力されると、この信号の一部に相当する信号がカプラ１のカップリング端子Ｔ２１から出力され、ＡＧＣ検波回路を通じてパワーアンプにフィードバック信号が入力される。この結果、パワーアンプの出力利得が一定に維持、制御される。

次に、上記のカプラ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、カプラ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、例えばアルミナ等からなる絶縁性基板１００上に、例えば窒化シリコン膜からなる絶縁層１０１を介して配線層Ｍ１が形成されている。配線層Ｍ１上には、絶縁層Ｉ１を介して配線層Ｍ２が形成されている。配線層Ｍ２上には、絶縁層Ｉ２を介して配線層Ｍ３が形成されており、配線層Ｍ３上には保護層Ｉ３が形成されている。絶縁層Ｉ１，Ｉ２の一部には、ビアが形成されており、配線層Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３間の必要な接続が確保されている。カプラの周縁部において、配線層Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３の積層体により端子Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ２１，Ｔ２２が形成される。保護層Ｉ３は、端子Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ２１，Ｔ２２を露出するように形成されている。端子Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ２１，Ｔ２２の表面には、めっき膜１０２が形成されている。

絶縁層Ｉ１，Ｉ２及び保護層Ｉ３として、例えば、窒化シリコン、酸化アルミニウム、二酸化シリコン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を使用できる。また、配線層Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３として、例えば、Ｃｕ，Ａｇ，Ｐｄ，Ａｇ−Ｐｄ，Ｎｉ，Ａｕ等を使用できる。配線層Ｍ１〜Ｍ３は、例えばスパッタリング法、蒸着法、印刷法，フォトリソグラフィ法等の方法により形成される。めっき膜１０２としては、例えば、Ｎｉ／ＡｕめっきやＮｉ／Ｓｎめっきが用いられる。このように、カプラ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。

（実施例１Ａ）
次に、カプラ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。以下の実施例は、線路Ｌ１，Ｌ２を構成する主線路としてコイルを用いたものである。

図３〜図８は、カプラ１Ａにおける各層Ｍ１〜Ｍ３，Ｉ１〜Ｉ３を概略的に示す水平断面図である。図３〜図８に示す如く、配線層Ｍ１〜Ｍ３の全ての層に、入力端子Ｔ１１、出力端子Ｔ１２、カップリング端子Ｔ２１、アイソレーション端子Ｔ２２が形成されており、各端子Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ２１，Ｔ２２は異なる層間において電気的に接続されている。以下、各層の構成について詳細に説明する。

図３に示すように、絶縁性基板１００上の配線層Ｍ１には、コイル状の第１線路Ｌ１が形成されている。配線層Ｍ１におけるコイル状の第１線路Ｌ１の外周端は、出力端子Ｔ１２に接続されており、第１線路Ｌ１の内周端はビアＰ１１に接続されている。ビアＰ１１は、絶縁層Ｉ１，Ｉ２を貫通して配線層Ｍ１から配線層Ｍ３まで延在されている。配線層Ｍ１における第１線路Ｌ１のうち、後述する配線層Ｍ２の第２線路Ｌ２と対向した部位が主線路Ｌ１１となる。主線路とは、第１線路Ｌ１のうち異なる階層間で第２線路と電磁気的な結合をする部位をいう。

また、図４に示すように、配線層Ｍ１上に形成された絶縁層Ｉ１には、各端子Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ２１，Ｔ２２に対応する部位にスルーホールＨＴ１１，ＨＴ１２，ＨＴ２１，ＨＴ２２が形成されている。さらに、絶縁層Ｉ１には、ビアＰ１１に対応する部位にスルーホールＨＰ１１が形成されている。なお、本願明細書において、スルーホールとは絶縁層に設けられた開口（孔）を称し、当該スルーホール内に金属が埋め込まれることにより形成された導体をビアと称する。

また、図５に示すように、絶縁層Ｉ１上に形成された配線層Ｍ２には、コイル状の第２線路Ｌ２が形成されている。配線層Ｍ２におけるコイル状の第２線路Ｌ２の外周端は、アイソレーション端子Ｔ２２に接続されており、第２線路Ｌ２の内周端はビアＰ２１に接続されている。ビアＰ２１は、絶縁層Ｉ２を貫通して配線層Ｍ２から配線層Ｍ３まで延在している。配線層Ｍ２における第２線路Ｌ２の一部は、配線層Ｍ１の第１線路Ｌ１と対向しており、この対向した部位が副線路Ｌ２１となる。副線路とは、第２線路Ｌ２のうち異なる階層間で第１線路Ｌ１と電磁気的な結合をする部位をいう。また、副線路Ｌ２１の周囲において、接続配線Ｌ１２，Ｌ２２が形成されている。接続配線Ｌ１２は、第１線路Ｌ１の一部であり、その一端が入力端子Ｔ１１に接続され、他端がビアＰ１２に接続されている。ビアＰ１２は、絶縁層Ｉ２を貫通して配線層Ｍ３まで延在している。接続配線Ｌ２２は、第２線路Ｌ２の一部であり、その一端がカップリング端子Ｔ２１に接続され、他端がビアＰ２２に接続されている。ビアＰ２２は、絶縁層Ｉ２を貫通して配線層Ｍ３まで延在している。

また、図６に示すように、配線層Ｍ２上に形成された絶縁層Ｉ２には、各端子Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ２１，Ｔ２２に対応する部位にスルーホールＨＴ１１，ＨＴ１２，ＨＴ２１，ＨＴ２２が形成されている。さらに、絶縁層Ｉ１には、ビアＰ１１，Ｐ１２，Ｐ２１，Ｐ２２に対応する部位にスルーホールＨＰ１１，ＨＰ１２，ＨＰ２１，ＨＰ２２が形成されている。

また、図７に示すように、絶縁層Ｉ２上に形成された配線層Ｍ３には、接続配線Ｌ１３，Ｌ２３が形成されている。接続配線Ｌ１３は、第１線路Ｌ１の一部であり、その一端がビアＰ１１に接続され、他端がビアＰ１２に接続されている。接続配線Ｌ２３は、第２線路Ｌ２の一部であり、その一端がビアＰ２１に接続され、他端がビアＰ２２に接続されている。

さらに、図８に示すように、配線層Ｍ３上には、保護層Ｉ３が形成されている。保護層Ｉ３は、端子Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ２１，Ｔ２２が形成された４隅を除く部位に形成されている。

図９は、平面視したときのカプラ１Ａの配線のレイアウト図である。図９に示すように、カプラ１Ａは、主線路Ｌ１１及び接続配線Ｌ１２，Ｌ１３（第１接続配線）を含む第１線路Ｌ１と、副線路Ｌ２１及び接続配線Ｌ２２，Ｌ２３（第２接続配線）を含む第２線路Ｌ２とを有する。図３及び図５に示すように、主線路Ｌ１１と副線路Ｌ１２は、異なる階層に配置されており、且つ、絶縁層Ｉ１を介して異なる階層間で電磁気的な結合をするように配置されている。

そして、図５及び図９の点線Ａに示すように、第１線路Ｌ１の接続配線Ｌ１２は、第２線路Ｌ２の副線路Ｌ２１と同一階層において隣接して平行に配置されており、これにより同一階層内で第１線路Ｌ１と第２線路Ｌ２との電磁気的な結合が確保されている。電磁気的な結合を増大させるためには、２つの配線が平行に配置されることが好ましいが、隣接していればよい。このような構成により、第１線路Ｌ１又は第２線路Ｌ２の巻回数を増やさなくても、カプラの結合を増大させることができる。このため、方向性やアイソレーション特性の劣化を抑制しつつ、カプラの結合を増大させることができる。この結果、カプラの諸特性を維持しつつ、小型薄型化が可能となる。

また、図９の点線Ｂで示すように、第１線路Ｌ１の接続配線Ｌ１３の一部は、第２線路Ｌ２の接続配線Ｌ２３の一部と同一階層において隣接して平行に配置されており、これにより同一階層内で第１線路Ｌ１と第２線路Ｌ２との電磁気的な結合が確保されている。これにより、さらにカプラの結合を増大させることができる。

本実施例では、平面視したときに同じ配線の一部同士が交差する箇所において、配線の一部同士が直交するように配置されている。すなわち、第１線路同士が交差する箇所又は第２線路同士が交差する箇所では、配線が直交するように配置されている。図９に示す例では、接続配線Ｌ１３と主線路Ｌ１１の交差箇所（２箇所）、接続配線Ｌ２３と副線路Ｌ２１の交差箇所において、２つの配線が互いに直交するように配置されている。通常、同じ電流が流れる配線同士の電磁気的な結合は不要な結合であることから、このような不要な結合を回避することにより、方向性（Directivity）やアイソレーション（Isolation）特性の劣化が抑制される。

さらに、本実施例では、絶縁層Ｉ１を貫通して主線路Ｌ１１に接続されたビアＰ１１が形成されている。このように、ビアＰ１１により第１線路Ｌ１を第２線路Ｌ２が形成された配線層Ｍ２側に引き出すことにより、第１線路Ｌ１及び第２線路Ｌ２が形成される配線層を共有することができることから、カプラの層数を減少させることができ、カプラの薄型化に寄与することが可能となる。

（実施例１Ｂ）
次に、カプラの実施例１Ｂの構成について説明する。図１０〜図１４は、カプラ１Ｂにおける各層Ｍ１〜Ｍ３，Ｉ１〜Ｉ２を概略的に示す水平断面図である。なお、実施例１Ｂの保護層Ｉ３のパターンは、実施例１Ａのものと同様である。また、配線層Ｍ１〜Ｍ３の全ての層に、端子Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ２１，Ｔ２２が形成されている点については、実施例１と同様である。

図１０に示すように、絶縁性基板１００上の配線層Ｍ１には、コイル状の第１線路Ｌ１が形成されている。実施例１Ｂにおける配線層Ｍ１に配置された第１線路Ｌ１は、実施例１Ａとは巻回数及び内周端の位置が異なっている。このため、実施例１Ａでは第１線路Ｌ１の内周端に接続されたビアＰ１１がアイソレーション端子Ｔ２２に近い領域に配置されているのに対して（図３参照）、実施例１Ｂでは第１線路Ｌ１の内周端に接続されたビアＰ１１が４つの端子Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ２１，Ｔ２２の中央部に配置されている。その他の点については、第１実施形態と同様である。

また、図１１に示すように、配線層Ｍ１上に形成された絶縁層Ｉ１には、各端子Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ２１，Ｔ２２に対応する部位にスルーホールＨＴ１１，ＨＴ１２，ＨＴ２１，ＨＴ２２が形成されている。さらに、絶縁層Ｉ１には、ビアＰ１１に対応する部位にスルーホールＨＰ１１が形成されている。

また、図１２に示すように、絶縁層Ｉ１上に形成された配線層Ｍ２には、コイル状の第２線路Ｌ２が形成されている。実施例１Ｂにおける配線層Ｍ２に配置された第２線路Ｌ２は、実施例１Ａとは巻回数及び内周端の位置が異なっている。このため、実施例１Ａでは第２線路Ｌ２の内周端に接続されたビアＰ２１がアイソレーション端子Ｔ２２に近い領域に配置されているのに対して（図５参照）、実施例１ＢではビアＰ２１が４つの端子Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ２１，Ｔ２２の中央部に配置されている。また、副線路Ｌ２１の周囲において、接続配線Ｌ１２，２２が形成されている。接続配線Ｌ１２，Ｌ２２の接続関係については、実施例１Ａと同様である。

また、図１３に示すように、配線層Ｍ２上に形成された絶縁層Ｉ２には、各端子Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ２１，Ｔ２２に対応する部位にスルーホールＨＴ１１，ＨＴ１２，ＨＴ２１，ＨＴ２２が形成されている。さらに、絶縁層Ｉ１には、ビアＰ１１，Ｐ１２，Ｐ２１，Ｐ２２に対応する部位にスルーホールＨＰ１１，ＨＰ１２，ＨＰ２１，ＨＰ２２が形成されている。

また、図１４に示すように、絶縁層Ｉ２上に形成された配線層Ｍ３には、接続配線Ｌ１３，Ｌ２３が形成されている。ビアＰ１１，Ｐ２１の位置の変更に伴って実施例１Ｂの接続配線Ｌ１３，Ｌ２３の位置は実施例１Ａとは異なっているが、その接続関係については、実施例１Ａと同様である。

図１５は、平面視したときのカプラ１Ｂの配線のレイアウト図である。図１５に示すように、カプラ１Ｂは、主線路Ｌ１１及び接続配線Ｌ１２，Ｌ１３（第１接続配線）を含む第１線路Ｌ１と、副線路Ｌ１２及び接続配線Ｌ２２，Ｌ２３（第２接続配線）を含む第２線路Ｌ２とを有する。主線路Ｌ１１と副線路Ｌ１２は、異なる階層に配置されており、且つ、絶縁層Ｉ１を介して層間で電磁気的な結合をするように配置されている点については、実施例１Ａと同様である。

そして、図１２及び図１５の点線Ｄに示すように、第１線路Ｌ１の接続配線Ｌ１２は、第２線路Ｌ２の副線路Ｌ２１と同一階層に隣接して平行に配置されており、これにより同一階層内で第１線路Ｌ１と第２線路Ｌ２との電磁気的な結合が確保されている。上記構成による効果については、実施例１Ａにおいて説明した通りである。

本実施例１Ｂにおいても、実施例１Ａと同様に、平面視したときに同じ配線の一部同士が交差する箇所において、配線の一部同士が直交するように配置されている。図１５に示す例では、接続配線Ｌ１３と主線路Ｌ１１の交差箇所、接続配線Ｌ２３と副線路Ｌ２１の交差箇所において、２つの配線が互いに直交するように配置されている。上記構成による効果については、実施例１Ａで説明した通りである。

さらに、本実施例１Ｂにおいても、実施例１Ａと同様に、絶縁層Ｉ１を貫通して主線路Ｌ１１に接続されたビアＰ１１が形成されている。上記構成による効果については、実施例１Ａで説明した通りである。

（実施例１Ｃ）
次に、カプラの実施例１Ｃの構成について説明する。図１６〜図２０は、カプラ１Ｃにおける各層Ｍ１〜Ｍ３，Ｉ１〜Ｉ２を概略的に示す水平断面図である。なお、実施例１Ｃの保護層Ｉ３のパターンは、実施例１Ａのものと同様である。また、配線層Ｍ１〜Ｍ３の全ての層に、端子Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ２１，Ｔ２２が形成されている点については、実施例１と同様である。

図１６に示すように、絶縁性基板１００上の配線層Ｍ１には、コイル状の第１線路Ｌ１が形成されている。実施例１Ｃにおける配線層Ｍ１に配置された第１線路Ｌ１は、実施例１Ａとは巻回数及び内周端の位置が異なっている。このため、実施例１Ａでは第１線路Ｌ１の内周端に接続されたビアＰ１１がアイソレーション端子Ｔ２２に近い領域に配置されているのに対して（図３参照）、実施例１Ｃでは第１線路Ｌ１の内周端に接続されたビアＰ１１が入力端子Ｔ１１に近い領域に配置されている。その他の点については、第１実施形態と同様である。

また、図１７に示すように、配線層Ｍ１上に形成された絶縁層Ｉ１には、各端子Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ２１，Ｔ２２に対応する部位にスルーホールＨＴ１１，ＨＴ１２，ＨＴ２１，ＨＴ２２が形成されている。さらに、絶縁層Ｉ１には、ビアＰ１１に対応する部位にスルーホールＨＰ１１が形成されている。

また、図１８に示すように、絶縁層Ｉ１上に形成された配線層Ｍ２には、コイル状の第２線路Ｌ２が形成されている。実施例１Ｃにおける配線層Ｍ２に配置された第２線路Ｌ２は、実施例１Ａとは配置、巻回数及び内周端の位置が異なっている。このため、実施例１Ａでは第２線路Ｌ２の内周端に接続されたビアＰ２１がアイソレーション端子Ｔ２２に近い領域に配置されているのに対して（図５参照）、実施例１ＢではビアＰ２１がカップリング端子Ｔ２１に近い領域に配置されている。また、副線路Ｌ２１の周囲において、接続配線Ｌ１２，Ｌ２２が形成されている。配線層Ｍ２を平面視したときに、実施例１Ａでは接続配線Ｌ１２，Ｌ２２は副線路Ｌ２１の上下の領域に配置されていたのに対して（図５参照）、実施例１Ｃでは副線路Ｌ２１の右側の領域に配置されている。このような接続配線Ｌ１２，２２の配置領域を確保すべく、実施例１Ｃの第２配線Ｌ２は、実施例１Ａに比べて中央側にシフトしている。接続配線Ｌ１２，Ｌ２２の接続関係については、実施例１Ａと同様である。

また、図１９に示すように、配線層Ｍ２上に形成された絶縁層Ｉ２には、各端子Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ２１，Ｔ２２に対応する部位にスルーホールＨＴ１１，ＨＴ１２，ＨＴ２１，ＨＴ２２が形成されている。さらに、絶縁層Ｉ１には、ビアＰ１１，Ｐ１２，Ｐ２１，Ｐ２２に対応する部位にスルーホールＨＰ１１，ＨＰ１２，ＨＰ２１，ＨＰ２２が形成されている。

また、図２０に示すように、絶縁層Ｉ２上に形成された配線層Ｍ３には、接続配線Ｌ１３，Ｌ２３が形成されている。接続配線Ｌ１２及び接続配線Ｌ２３は、電磁気的な結合を確保すべく互いに隣接して平行に配置されている。ビアＰ１１，Ｐ１２，Ｐ２１，Ｐ２２の位置の変更に伴って実施例１Ｂの接続配線Ｌ１３，Ｌ２３の配置は実施例１Ａとは異なっているが、その接続関係については、実施例１Ａと同様である。

図２１は、平面視したときのカプラ１Ｃの配線のレイアウト図である。図２１に示すように、カプラ１Ｃは、主線路Ｌ１１及び接続配線Ｌ１２，Ｌ１３（第１接続配線）を含む第１線路Ｌ１と、副線路Ｌ１２及び接続配線Ｌ２２，Ｌ２３（第２接続配線）を含む第２線路Ｌ２とを有する。主線路Ｌ１１と副線路Ｌ１２は、異なる階層に配置されており、且つ、絶縁層Ｉ１を介して層間で電磁気的な結合をするように配置されている点については、実施例１Ａと同様である。

そして、図２０及び図２１の点線Ｅに示すように、第１線路Ｌ１の接続配線Ｌ１３は、第２線路Ｌ２の接続配線Ｌ２３と同一階層において隣接して平行に配置されており、これにより同一階層内で第１線路Ｌ１と第２線路Ｌ２との電磁気的な結合が確保されている。当該構成による効果については、実施例１Ａで説明した通りである。

本実施例１Ｃにおいても、実施例１Ａと同様に、平面視したときに同じ配線の一部同士が交差する箇所において、配線の一部同士が直交するように配置されている。図２１に示す例では、接続配線Ｌ１３と主線路Ｌ１１の交差箇所、接続配線Ｌ２３と副線路Ｌ２１の交差箇所において、２つの配線が互いに直交するように配置されている。当該構成による効果については、実施例１Ａで説明した通りである。

さらに、本実施例１Ｃにおいても、実施例１Ａと同様に、絶縁層Ｉ１を貫通して主線路Ｌ１１に接続されたビアＰ１１が形成されている。当該構成による効果については、実施例１Ａで説明した通りである。

（実施例１Ｄ）
次に、カプラの実施例１Ｄの構成について説明する。図２２〜図２６は、カプラ１Ｄにおける各層Ｍ１〜Ｍ３，Ｉ１〜Ｉ２を概略的に示す水平断面図である。なお、実施例１Ｄの保護層Ｉ３のパターンは、実施例１Ａのものと同様である。また、配線層Ｍ１〜Ｍ３の全ての層に、端子Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ２１，Ｔ２２が形成されている点については、実施例１と同様である。

図２２に示すように、絶縁性基板１００上の配線層Ｍ１には、コイル状の第１線路Ｌ１が形成されている。実施例１Ｄにおける配線層Ｍ１に配置された第１線路Ｌ１は、実施例１Ａとは巻回数及び内周端の位置が異なっている。実施例１Ｄでは、実施例１Ｂと同様に、第１線路Ｌ１の内周端に接続されたビアＰ１１が、４つの端子Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ２１，Ｔ２２の中央部に配置されている。さらに、実施例１Ｄでは、実施例１Ａと異なり、配線層Ｍ１において、第１線路Ｌ１の外側に第２線路Ｌ２の一部となる接続配線Ｌ２２が形成されている。接続配線Ｌ２２の一端はカップリング端子Ｔ２１に接続され、他端はビアＰ２２に接続されている。ビアＰ２２は、絶縁層Ｉ１，Ｉ２を貫通して配線層Ｍ３まで延在している。その他の点については、第１実施形態と同様である。

また、図２３に示すように、配線層Ｍ１上に形成された絶縁層Ｉ１には、各端子Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ２１，Ｔ２２に対応する部位にスルーホールＨＴ１１，ＨＴ１２，ＨＴ２１，ＨＴ２２が形成されている。さらに、絶縁層Ｉ１には、ビアＰ１１，Ｐ２２に対応する部位にスルーホールＨＰ１１，ＨＰ２２が形成されている。

また、図２４に示すように、絶縁層Ｉ１上に形成された配線層Ｍ２には、コイル状の第２線路Ｌ２が形成されている。実施例１Ｄにおける配線層Ｍ２に配置された第２線路Ｌ２は、実施例１Ａとは巻回数及び内周端の位置が異なっている。このため、実施例１Ｄでは、実施例１Ｂと同様に、第２線路Ｌ２の内周端に接続されたビアＰ２１が４つの端子Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ２１，Ｔ２２の中央部に配置されている。また、副線路Ｌ２１の周囲において、接続配線Ｌ１２が配置されている点については実施例１Ａと同様であるが、配線層Ｍ２に接続配線Ｌ２２が形成されていない点が実施例１Ａと異なる。

また、図２５に示すように、配線層Ｍ２上に形成された絶縁層Ｉ２には、各端子Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ２１，Ｔ２２に対応する部位にスルーホールＨＴ１１，ＨＴ１２，ＨＴ２１，ＨＴ２２が形成されている。さらに、絶縁層Ｉ１には、ビアＰ１１，Ｐ１２，Ｐ２１，Ｐ２２に対応する部位にスルーホールＨＰ１１，ＨＰ１２，ＨＰ２１，ＨＰ２２が形成されている。

また、図２６に示すように、絶縁層Ｉ２上に形成された配線層Ｍ３には、接続配線Ｌ１３，Ｌ２３が形成されている。実施例１Ｄの接続配線Ｌ１３，Ｌ２３の配置は実施例１Ａとは異なっているが、実施例１Ｂと同様である。

図２７は、平面視したときのカプラ１Ｄの配線のレイアウト図である。図２７に示すように、カプラ１Ｄは、主線路Ｌ１１及び接続配線Ｌ１２，Ｌ１３（第１接続配線）を含む第１線路Ｌ１と、副線路Ｌ１２及び接続配線Ｌ２２，Ｌ２３（第２接続配線）を含む第２線路Ｌ２とを有する。主線路Ｌ１１と副線路Ｌ１２は、異なる階層に配置されており、且つ、絶縁層Ｉ１を介して層間で電磁気的な結合をするように配置されている点については、実施例１Ａと同様である。

そして、図２７の点線Ｆに示すように、第１線路Ｌ１の接続配線Ｌ１２は、第２線路Ｌ２の副線路Ｌ２１と同一階層において隣接して平行に配置されており、これにより同一階層内で第１線路Ｌ１と第２線路Ｌ２との電磁気的な結合が確保されている。さらに、点線Ｇに示すように、第２線路Ｌ２の接続配線Ｌ２２は、第１線路Ｌ１の主線路Ｌ１１と同一階層において隣接して平行に配置されており、これにより同一階層内で第１線路Ｌ１と第２線路Ｌ２との電磁気的な結合が確保されている。当該構成による効果については、実施例１Ａで説明した通りである。

本実施例１Ｄにおいても、実施例１Ａと同様に、平面視したときに同じ配線の一部同士が交差する箇所において、配線の一部同士が直交するように配置されている。図２７に示す例では、接続配線Ｌ１３と主線路Ｌ１１の交差箇所、接続配線Ｌ２３と副線路Ｌ２１の交差箇所において、２つの配線が互いに直交するように配置されている。当該構成による効果については、実施例１Ａで説明した通りである。

さらに、本実施例１Ｄにおいても、実施例１Ａと同様に、絶縁層Ｉ１を貫通して主線路Ｌ１１に接続されたビアＰ１１が形成されている。当該構成による効果については、実施例１Ａで説明した通りである。

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、ビアにより第１線路を第２線路側に引き出すのではなく、第２線路を第１線路側に引き出してもよい。また、基板上に積層される配線層の順序に限定はなく、例えば、主線路よりも副線路を基板側に配置してもよい。また、端子Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ２１，Ｔ２２の位置は変更可能であり、さらに端子の位置の変更に応じて配線のレイアウトも変更可能である。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。

本発明のカプラによれば、第１線路及び第２線路が層間において電磁気的な結合をするのみならず、同じ層内においても電磁気的な結合をするように接続配線の配置が規定されていることから、結合を増大させることができる。このため、要求されるカプラの結合を維持しつつ、小型薄型化が可能となる。要求されるカプラ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。

１，１Ａ〜１Ｄ…カプラ１、Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３…配線層、Ｉ１，Ｉ２…絶縁層、Ｉ３…保護層、ＩＭ…主電流、ＩＬ…誘導電流、ＩＣ…変位電流、Ｃ１，Ｃ２…容量結合、Ｍ…磁気結合、Ｒ…抵抗、Ｇ…接地電位、Ｌ１…第１線路、Ｌ２…第２線路、Ｌ１１…主線路、Ｌ１２，Ｌ１３…接続配線、Ｌ２１…副線路、Ｌ２２，Ｌ２３…接続配線、Ｐ１１,Ｐ１２，Ｐ２１，Ｐ２２…ビア、ＨＰ１１，ＨＴ１１，ＨＴ１２，ＨＴ２１，ＨＴ２２…スルーホール、Ｔ１１…入力端子、Ｔ１２…出力端子、Ｔ２１…カップリング端子、Ｔ２２…アイソレーション端子、１００…絶縁性基板、１０１…絶縁層。

Claims

主線路及び第１接続配線を含む第１線路と、
副線路及び第２接続配線を含む第２線路と
を有し、
前記主線路及び前記副線路は、電磁気的な結合をするように、絶縁層を介して互いに異なる階層に配置され、
前記第１接続配線と前記第２接続配線のうち少なくとも一方が、同一階層内において前記第１線路及び前記第２線路が電磁気的な結合をするように、前記第１線路又は前記第２線路と同一階層に配置されており、
前記主線路を少なくとも含む第１層と、
前記副線路を少なくとも含む第２層と、
前記第１接続配線及び／又は前記第２接続配線の一部を少なくとも含む第３層と
を備える
カプラ。
前記第１接続配線の少なくとも一部が、前記第２線路の少なくとも一部と同一階層において隣接して配置されている、
請求項１記載のカプラ。
前記第１接続配線の少なくとも一部が、前記副線路の少なくとも一部と同一階層において隣接して配置されている、
請求項１記載のカプラ。
前記第２接続配線の少なくとも一部が、前記主線路の少なくとも一部と同一階層において隣接して配置されている、
請求項１記載のカプラ。
平面視したときに同じ配線の一部同士が交差する箇所において、配線の一部同士が直交するように配置されている、
請求項１〜４のいずれかに記載のカプラ。
前記絶縁層を貫通して前記主線路又は前記副線路に接続されたビアをさらに有し、
前記ビアを介して前記絶縁層の同一面側に前記第１線路及び前記第２線路が引き出されている、
請求項１〜５のいずれかに記載のカプラ。