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JP5326880B2 - Thin film balun - Google Patents

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JP5326880B2 JP2009157726A JP2009157726A JP5326880B2 JP 5326880 B2 JP5326880 B2 JP 5326880B2 JP 2009157726 A JP2009157726 A JP 2009157726A JP 2009157726 A JP2009157726 A JP 2009157726A JP 5326880 B2 JP5326880 B2 JP 5326880B2
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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.

特開2006−270444号公報JP 2006-270444 A

しかしながら特許文献1に記載のバランでは、キャパシタを不平衡伝送線路と平衡伝送線路とは独立に形成し、なおかつ不平衡伝送線路や平衡伝送線路と同様に基板全面に渡って形成されることから小型薄型化には限界がある。   However, in the balun described in Patent Document 1, the capacitor is formed independently of the unbalanced transmission line and the balanced transmission line, and is formed over the entire surface of the substrate in the same manner as the unbalanced transmission line and the balanced transmission line. There is a limit to reducing the thickness.

また、薄膜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、それに伴いコイル等の形状や開口部分が縮小されてしまうため、コイルのQ値が低下し、その結果、挿入損失の低減(良好な減衰特性)が図られなくなってしまう。したがって上記特許文献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。   In addition, in order to reduce the size and thickness of a thin film balun, the number of turns and the line length of the coil forming the unbalanced transmission line and the balanced transmission line are inevitably reduced, and the shape and opening of the coil are reduced accordingly. Therefore, the Q value of the coil is lowered, and as a result, the insertion loss cannot be reduced (good attenuation characteristics). Therefore, it is difficult to satisfy the required specifications with the configuration such as the chip type balun described in Patent Document 1.

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。   This invention is made | formed in view of this situation, and it aims at providing the thin film balun which can be reduced in size and thickness, maintaining the various characteristics of the balun requested | required.

上記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1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1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1の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。   In order to solve the above-mentioned problems, the thin film balun of the present invention is disposed opposite to each of the unbalanced transmission line having the first line part and the second line part, and the first line part and the second line part. And a balanced transmission line having a third line portion and a fourth line portion that are magnetically coupled, an unbalanced terminal connected to the first line portion, and a C component connected to the first line portion. A grounding terminal and a counter electrode connected to the grounding terminal and facing a part of the first line part, wherein the C component is constituted by a part of the first line part and the counter electrode; is there.

このような構成では、薄膜バランの共振回路に導入されるC成分が、不平衡伝送線路を構成する第1の線路部の一部を利用して構成されることから、C成分の導入のための新たな層の増加を抑制することができ、薄膜バランを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、上述の如く設けた場合であっても、伝送信号の通過特性を向上させつつ、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, since the C component introduced into the resonance circuit of the thin film balun is configured using a part of the first line portion constituting the unbalanced transmission line, the C component is introduced. The increase in the number of new layers can be suppressed, and the thin film balun can be reduced in size and thickness. Further, as a result of intensive studies by the inventor, it has been found that even if it is provided as described above, it is possible to adjust the transmission signal balance characteristic while improving the transmission characteristic of the transmission signal.

かかる作用機序の詳細は未だ不明ではあるが、不平衡伝送線路を構成する第1の線路部の一部がキャパシタの電極を兼ねることにより、キャパシタが不平衡伝送線路に近接して配置されることから、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、特性インピーダンスに影響を与えるものと推測される。但し、作用はこれに限定されない。   Although details of such an action mechanism are still unclear, a part of the first line portion constituting the unbalanced transmission line also serves as an electrode of the capacitor, so that the capacitor is disposed close to the unbalanced transmission line. From this, it is presumed that not only the capacitance C is directly introduced, but also a capacitance such as a stray capacitance occurs between the surrounding line portions and affects the characteristic impedance. However, the action is not limited to this.

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、第2の線路部及び第4の線路部のいずれか一方の幅は、第1の線路部及び第3の線路部のいずれか一方の幅よりも広いと有用であることが見出された。   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, it is useful that the width of one of the second line portion and the fourth line portion is wider than the width of either the first line portion or the third line portion. Was found.

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1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1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1のコイル部の一部及び対向電極により構成されたものである。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 portions and a fourth coil portion; an unbalanced terminal connected to the first coil portion; a ground terminal connected to the first coil portion via a C component; And a counter electrode that is connected to the terminal and faces a part of the first coil part, and the C component is constituted by a part of the first coil part 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、対向電極は、第1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、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ることから、高い伝送信号の通過特性を維持しつつ、平衡特性を調整可能となる。ただし、作用はこれに限定されない。   Preferably, the counter electrode is opposed to a part of the coil conductor closer to the outer coil conductor than to the inner coil conductor in the first 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, 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 equivalent state, and the thin film balun resonance circuit is maintained. Since the capacitance is effectively introduced, the balance characteristic can be adjusted while maintaining a high transmission signal passing characteristic. However, the action is not limited to this.

本発明によれば、不平衡伝送線路を構成し且つ不平衡端子に接続される第1の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、薄膜バランの小型薄型化に大きな効果があり、平衡特性の調整が可能で、かつ、挿入損失の低減にも効果がある。   According to the present invention, a part of the first line portion constituting the unbalanced transmission line and connected to the unbalanced terminal also serves as one electrode of the capacitor, so that the thin film balun is greatly reduced in size and thickness. The balance characteristic can be adjusted, and the insertion loss can be reduced.

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。It is an equivalent circuit diagram which shows the structure of one Embodiment of the thin film balun of this invention. 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。It is a vertical sectional view showing the configuration of an embodiment of a thin film balun. 薄膜バラン1の配線層M0における水平断面図である。2 is a horizontal sectional view of a wiring layer M0 of a thin film balun 1. FIG. 薄膜バラン1の配線層M1における水平断面図である。2 is a horizontal sectional view of a wiring layer M1 of a thin film balun 1. FIG. 薄膜バラン1の配線層M2における水平断面図である。2 is a horizontal sectional view of a wiring layer M2 of a thin film balun 1. FIG. 薄膜バラン1の配線層M3における水平断面図である。2 is a horizontal sectional view of a wiring layer M3 of a thin film balun 1. FIG. 薄膜バラン1Aの配線層M0における水平断面図である。It is a horizontal sectional view in wiring layer M0 of thin film balun 1A. 薄膜バラン1Bの配線層M0における水平断面図である。It is a horizontal sectional view in wiring layer M0 of thin film balun 1B. 通過特性の評価結果を示すグラフである。It is a graph which shows the evaluation result of a passage characteristic. 位相差の評価結果を示すグラフである。It is a graph which shows the evaluation result of phase difference. 振幅差の評価結果を示すグラフである。It is a graph which shows the evaluation result of an amplitude difference.

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 thin film balun 1 includes an unbalanced transmission line (unbalanced circuit) UL in which a line portion L1 (first line portion) and a line portion L2 (second line portion) are connected in series, and a line portion L3 (third Line portion) and a line portion L4 (fourth line portion) and a balanced transmission line (balanced circuit) BL connected in series. The line portion L1, the line portion L3, and the line portion L2, the line portion. Magnetic couplings are formed by the portions L4.

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L1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L1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。線路部L2における線路部L1との結合端の他端は開放されている。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に接続されている。   In the thin film balun 1, the other end of the coupling end of the line portion L1 with the line portion L2 is connected to the unbalanced terminal UT, and a capacitor D in which a part of the line portion L1 is a C component (capacitance component) is provided. To the ground terminal G (ground potential). The capacitor D is configured such that an electrode D1 constituted by a part of the line portion L1 and an electrode D2 (counter electrode) connected to the ground terminal G are disposed to face each other through an appropriate dielectric. The other end of the coupling end of the line portion L2 with the line portion L1 is open. Further, the other ends of the coupling portions in the line portion L3 and the line portion L4 are connected to the balanced terminal BT1 and the balanced terminal BT2. Further, the coupling portion between the line portion L3 and the line portion L4 is connected to the ground terminal G.

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 thin film balun 1, and may be set to be a 1/4 wavelength (λ / 4) resonator circuit of a transmission signal to be converted, for example. it can. The shape of the line portions L1 to L4 can be any shape as long as the magnetic coupling described above is formed. For example, the shape of a spiral shape (coil shape), a meandering shape, a linear shape, a curved shape, or the like. Is mentioned.

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 thin film balun 1 will be described below with reference to FIG. In the thin film balun 1, when an unbalanced signal is input to the unbalanced terminal UT, the unbalanced signal propagates through the line portion L1 and the line portion L2. Then, the line portion L1 and the line portion L3 are magnetically coupled (first magnetic coupling), and the line portion L2 and the line portion L4 are magnetically coupled (second magnetic coupling), whereby the input unbalanced signal is input. Is converted into two balanced signals having a phase difference of 180 ° (π), and these two balanced signals are output from the balanced terminals BT1 and BT2, respectively. Note that the conversion operation from the balanced signal to the unbalanced signal is the reverse of the conversion operation from the unbalanced signal to the balanced signal described above.

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誘電体層101〜105が形成されている。例えば、キャパシタDが形成される配線層M0と配線層M1との間の誘電体層102、及び不平衡伝送線路ULと平衡伝送線路BLとの磁気結合が形成される配線層M1と配線層M2の間の誘電体層104には、例えば窒化シリコンが用いられる。その他の部位の誘電体層101,103として、例えばアルミナが用いられる。誘電体層105として、例えばポリイミドが用いられる。これら各層の材料は上述のものに限定さず、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、全ての誘電体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 thin film balun 1. As shown in FIG. 2, wiring layers M0, M1, M2, and M3 are formed in this order from the insulating substrate 100 side such as alumina. For example, the unbalanced transmission line UL described above is formed by the wiring layer M1, and the balanced transmission line BL is formed by the wiring layer M2. Dielectric layers 101 to 105 are formed between the wirings in the same wiring layer and between different wiring layers. For example, the dielectric layer 102 between the wiring layer M0 and the wiring layer M1 in which the capacitor D is formed, and the wiring layer M1 and the wiring layer M2 in which the magnetic coupling between the unbalanced transmission line UL and the balanced transmission line BL is formed. For example, silicon nitride is used for the dielectric layer 104 therebetween. For example, alumina is used as the dielectric layers 101 and 103 in other portions. For example, polyimide is used as the dielectric layer 105. The material of each of these layers is not limited to those described above, and may be not only an inorganic insulator such as silicon nitride, alumina or silica, but also an organic insulator such as polyimide or epoxy resin, which can be appropriately selected. The unbalanced terminal UT, the balanced terminals BT1 and BT2, and the ground terminal G are formed so as to penetrate all the dielectric layers. Thus, the thin film balun 1 is composed of a thin film multilayer structure formed on the insulating substrate 100.

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めっきが施されている。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 thin film balun 1 of the first embodiment. As shown in FIGS. 3 to 6, unbalanced terminals UT, balanced terminals BT1 and BT2, and a ground terminal G are formed in all the wiring layers M0 to M3, and the terminals UT to BT2 and G are Electrical connection is made between different layers via through holes P. All through holes P shown in FIGS. 3 to 6 are subjected to metal plating for electrically connecting the upper and lower layers. Hereinafter, the configuration of each wiring layer will be described in detail.

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C1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。キャパシタDの電極D2は、平面視において、コイル部C1の下から2列目のコイル導体11に対向するように配置されている。   As shown in FIG. 3, in the wiring layer M0 on the insulating substrate 100, the electrode D2 of the capacitor D is formed at a position facing a part of the coil portion C1 of the wiring layer M1. The electrode D2 is connected to the ground terminal G. The electrode D2 of the capacitor D is disposed so as to face the coil conductor 11 in the second row from the bottom of the coil portion C1 in plan view.

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に接続されており、コイル導体12の外側の端部12aは開放されている。コイル部C1における外周のコイル導体11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。また、図4に示すように、コイル部C2を構成するコイル導体12の幅は、コイル部C1を構成するコイル導体11の幅よりも広い。これは、本願発明者の鋭意研究により、コイル部C1の一部がキャパシタの電極D1を兼ねるようにキャパシタDを挿入した場合には、コイル導体11の幅に比べてコイル導体12の幅を広げた方が、優れた通過特性及び平衡特性が得られることが確認されたからである。ただし、コイル導体12及びコイル導体11の幅や巻回数に限定はなく、コイル導体12及びコイル導体11の幅や巻回数を同じにしても、異ならせてもよい。   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 outer end portion 11a of the coil conductor 11 constituting the coil portion C1 is connected to the unbalanced terminal UT, and the inner end portion 11b of the coil conductor 11 is connected to the through hole P. On the other hand, the inner end portion 12b of the coil conductor 12 constituting the coil portion C2 is connected to the through hole P, and the outer end portion 12a of the coil conductor 12 is open. A part of the coil conductor 11 on the outer periphery of the coil part C1 also serves as the electrode D1 of the capacitor, and faces the electrode D2 of the wiring layer M0. Further, as shown in FIG. 4, the width of the coil conductor 12 constituting the coil portion C2 is wider than the width of the coil conductor 11 constituting the coil portion C1. This is because, when the capacitor D is inserted so that a part of the coil part C1 also serves as the electrode D1 of the capacitor, the width of the coil conductor 12 is increased compared to the width of the coil conductor 11 by the inventor's earnest research. This is because it was confirmed that excellent pass characteristics and equilibrium characteristics were obtained. However, the width and the number of turns of the coil conductor 12 and the coil conductor 11 are not limited, and the width and the number of turns of the coil conductor 12 and the coil conductor 11 may be the same or different.

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。また、図5に示すように、コイル部C4を構成するコイル導体22の幅は、コイル部C3を構成するコイル導体21の幅よりも広い。これは、上述したのと同様に、本願発明者の鋭意研究により、コイル部C1の一部がキャパシタの電極D1を兼ねるようにキャパシタDを挿入した場合には、コイル導体21の幅に比べてコイル導体22の幅を広げた方が、優れた通過特性及び平衡特性が得られることが確認されたからである。ただし、コイル導体22及びコイル導体21の幅や巻回数に限定はなく、コイル導体22及びコイル導体21の幅や巻回数を同じにしても、異ならせてもよい。   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 outer end portion 21a of the coil conductor 21 constituting the coil portion C3 is connected to the balanced terminal BT1, and the inner end portion 21b of the coil conductor 21 is connected to the through hole P. On the other hand, the outer end 22a of the coil conductor 22 constituting the coil portion C4 is connected to the balanced terminal BT2, and the inner end 22b of the coil conductor 22 is connected to the through hole P. Moreover, as shown in FIG. 5, the width | variety of the coil conductor 22 which comprises the coil part C4 is wider than the width | variety of the coil conductor 21 which comprises the coil part C3. In the same manner as described above, when the capacitor D is inserted so that a part of the coil portion C1 also serves as the electrode D1 of the capacitor by the intensive research of the present inventor, the width of the coil conductor 21 is compared. This is because it has been confirmed that excellent passage characteristics and equilibrium characteristics can be obtained by increasing the width of the coil conductor 22. However, the width and the number of turns of the coil conductor 22 and the coil conductor 21 are not limited, and the width and the number of turns of the coil conductor 22 and the coil conductor 21 may be the same or different.

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 wiring 31 for connecting the coil part C3 and the coil part C4 to the ground terminal G and a wiring 32 for connecting the coil part C1 and the coil part C2 are provided. Is formed. The wiring 31 is a branch wiring formed so as to connect the two through holes P and the ground terminal G. The wiring 31 is connected to the end portion 21b of the coil conductor 21 and the end portion 22b of the coil conductor 22 formed in the wiring layer M2 through two through holes P. On the other hand, the wiring 32 is connected to the end portion 11b of the coil conductor 11 and the end portion 12b of the coil conductor 12 formed in the wiring layer M1 through the through hole P.

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C1におけるコイル導体11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 wiring 32 and the wiring 31 that connects the coil portions C3 and C4 are formed, and the coil conductor 11 in the coil portion C1 is formed on the wiring layer M0 on the opposite side of the wiring layer M2 adjacent to the wiring layer M1. A thin film balun 1 constituting an equivalent circuit shown in FIG. 1 is obtained by a multilayer wiring structure in which an electrode D2 for constituting a capacitor D is formed opposite to a part of the capacitor D.

(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の下から3列目のコイル導体11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 thin film balun 1A of the first embodiment A according to the present invention. The configuration other than the wiring layer M0 is the same as that of the first embodiment. In the thin film balun 1A shown in FIG. 7, the electrode D2 of the capacitor D is arranged so as to face the third row of coil conductors 11 from the bottom of the coil portion C2 in plan view.

(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は、第1A実施形態の薄膜バラン1AのキャパシタDの電極D2の長さを短くしたものである。
(1B embodiment)
FIG. 8 is a horizontal sectional view schematically showing the wiring layer M0 in the thin film balun 1B of the first embodiment according to the present invention. The configuration other than the wiring layer M0 is the same as that of the first embodiment. The thin film balun 1B shown in FIG. 8 is obtained by shortening the length of the electrode D2 of the capacitor D of the thin film balun 1A of the first embodiment.

(特性評価)
以上説明した各実施形態の薄膜バラン1,1A,1B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9は、通過特性の評価結果を示す図であり、図10は位相差の評価結果を示す図であり、図11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,E1Bが、それぞれ、薄膜バラン1,1A,1Bの評価結果を示す。曲線Rは、キャパシタDを有しない点を除いて同じ構造をもつ薄膜バラン(比較例)の評価結果を示す。
(Characteristic evaluation)
With respect to the thin film baluns 1, 1 </ b> A, 1 </ b> B of each embodiment described above, the passage characteristics (insertion loss) and the balance characteristics (balance signal phase difference and amplitude difference) were obtained by simulation. The evaluation target frequency (resonance frequency fr) of the transmission signal was set to 2400 to 2500 MHz. 9 is a diagram showing the evaluation result of the pass characteristics, FIG. 10 is a diagram showing the evaluation result of the phase difference, and FIG. 11 is a diagram showing the evaluation result of the amplitude difference. In each figure, curves E1, E1A, E1B show the evaluation results of the thin film baluns 1, 1A, 1B, respectively. A curve R shows an evaluation result of a thin film balun (comparative example) having the same structure except that the capacitor D is not provided.

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。評価対象周波数範囲における減衰量が1dB以下を目標仕様とし、各薄膜バランの通過特性を評価した。また、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。評価対象周波数範囲における位相差が170deg以上190deg未満を目標仕様とし、各薄膜バランの位相バランスを評価した。さらに、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。評価対象周波数範囲における振幅差が−1dB以上1dB以下を目標仕様とし、各薄膜バランの振幅バランスを評価した。   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. The pass characteristic of each thin film balun was evaluated by setting the attenuation in the frequency range to be evaluated to 1 dB or less. Further, since the phase difference is a phase difference between two balanced signals output from the balanced terminal BT1 and the balanced terminal BT2, 180 deg is a more ideal phase balance. The phase balance of each thin film balun was evaluated with the target specification being a phase difference of 170 deg or more and less than 190 deg in the evaluation target frequency range. Further, 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. The amplitude difference of the thin film balun was evaluated by setting the amplitude difference in the evaluation target frequency range to be -1 dB or more and 1 dB or less.

これらの結果より、各実施形態の薄膜バランE1,E1A,E1B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。特に、これらの薄膜バランE1,E1A,E1Bは、キャパシタを備えていない薄膜バランRに比べて、通過特性が優れていることが確認され、比較例を基準として最大で0.13dB通過特性が向上した。この数値は、小型低背化の要請を満たした上での通過特性の改善値としては大きな数値である。位相バランス及び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では、通過特性、位相バランス、振幅バランスの面で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 baluns E1, E1A, E1B of the respective embodiments maintained excellent characteristics in terms of pass characteristics and phase balance. In particular, these thin-film baluns E1, E1A, E1B have been confirmed to have superior pass characteristics compared to the thin-film balun R that does not include a capacitor. did. This numerical value is a large numerical value as an improved value of the passing characteristics while satisfying the demand for a small and low profile. It was confirmed that the phase balance and the amplitude balance can be adjusted by the arrangement of the electrode D2 of the capacitor D. Among these, in the thin film balun 1 in which the electrode D2 is opposed to a part of the coil conductor closer to the outer coil conductor than to the inner coil conductor in the coil portion C2, the pass characteristics, the phase balance, and the amplitude balance are It was confirmed that it was the best in terms of quality.

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 substrate 100 is reversed. Furthermore, various coil arrangements can be employed without departing from the scope of the present invention.

本発明の薄膜バランによれば、不平衡伝送線路を構成し且つ不平衡端子に接続される第1の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、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, various characteristics of the balun required by constituting part of the unbalanced transmission line and part of the first line portion connected to the unbalanced terminal also serving as one electrode of the capacitor. In particular, wireless communication devices, devices, modules, and systems that are required to be small and thin, as well as equipment provided with them, and also widely applied to their manufacture. It is possible.

1〜1B…本発明に係る薄膜バラン、11,12,21,22…コイル導体、11a,11b,12a,12b,21a,21b,22a,22b…端部、31,32…配線、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)、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)。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1-1B ... Thin film balun based on this invention, 11, 12, 21, 22 ... Coil conductor, 11a, 11b, 12a, 12b, 21a, 21b, 22a, 22b ... End part, 31, 32 ... Wiring, M0, M1 , M2, M3 ... wiring layer, C1 ... coil part (first coil part, first line part), C2 ... coil part (second coil part, second line part), C3 ... coil part (first 3 coil part, 3rd line part), C4 ... coil part (4th coil part, 4th line part), D ... capacitor (C component, capacitive component), D1 ... electrode, D2 ... electrode (opposite) Electrode), G ... ground terminal (ground potential), L1 ... line part (first line part), L2 ... line part (second line part), L3 ... line part (third line part), L4 ... Line part (fourth line part), P ... through hole, UL ... unbalanced transmission line (unbalanced circuit), BL ... balanced transmission Line (balancing circuit), UT ... unbalanced terminal, BT1 ... balanced terminals (a first balanced terminal), BT2 ... balanced terminal (second balanced terminals).

Claims (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1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1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1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1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 first coil portion via a C component;
A counter electrode connected to the ground terminal and facing a part of the first coil portion;
With
The C component is constituted by a part of the first coil part and the counter electrode ,
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 first coil portion.
Thin film balun.
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