JP2011015081A

JP2011015081A - 薄膜バラン

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Publication number: JP2011015081A
Application number: JP2009156239A
Authority: JP
Inventors: Makoto Endo; 眞遠藤
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2009-06-30
Filing date: 2009-06-30
Publication date: 2011-01-20
Anticipated expiration: 2029-06-30
Also published as: JP5246427B2

Abstract

【課題】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。
【解決手段】薄膜バラン１は、第１のコイル部Ｃ１及び第２のコイル部Ｃ２を有する不平衡伝送線路ＵＬと、第１のコイル部Ｃ１及び前記第２のコイル部Ｃ２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Ｃ３及び第４のコイル部Ｃ４を有する平衡伝送線路ＢＬと、第１のコイル部Ｃ１に接続された不平衡端子ＵＴと、第２のコイル部Ｃ２にＣ成分Ｄを介して接続された接地端子Ｇと、接地端子Ｇに接続され且つ第２のコイル部Ｃ２の一部に対向する電極Ｄ２と、を備えている。Ｃ成分Ｄは、第２のコイル部Ｃ２の一部Ｄ１及び電極Ｄ２により構成されている。
【選択図】図１

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、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。

特開２００６−２７０４４４号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。薄膜バラン１の配線層Ｍ０における水平断面図である。薄膜バラン１の配線層Ｍ１における水平断面図である。薄膜バラン１の配線層Ｍ２における水平断面図である。薄膜バラン１の配線層Ｍ３における水平断面図である。薄膜バラン１Ａの配線層Ｍ０における水平断面図である。薄膜バラン１Ｂの配線層Ｍ０における水平断面図である。薄膜バラン１Ｃの配線層Ｍ０における水平断面図である。薄膜バラン１Ｄの配線層Ｍ０における水平断面図である。通過特性の評価結果を示すグラフである。位相差の評価結果を示すグラフである。振幅差の評価結果を示すグラフである。薄膜バラン２の配線層Ｍ０における水平断面図である。薄膜バラン２の配線層Ｍ１における水平断面図である。薄膜バラン２Ａの配線層Ｍ０における水平断面図である。薄膜バラン２Ｂの配線層Ｍ０における水平断面図である。薄膜バラン２Ｃの配線層Ｍ０における水平断面図である。薄膜バラン２Ｄの配線層Ｍ０における水平断面図である。通過特性の評価結果を示すグラフである。位相差の評価結果を示すグラフである。振幅差の評価結果を示すグラフである。薄膜バラン１Ｅ，１Ｆの配線層Ｍ０における水平断面図である。薄膜バラン２〜２Ｂの配線層Ｍ０における水平断面図である。通過特性の評価結果を示すグラフである。位相差の評価結果を示すグラフである。振幅差の評価結果を示すグラフである。薄膜バラン４（比較例）の配線層Ｂ１における水平断面図である。通過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、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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

（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。

（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。

（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。

（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。

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。

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。

（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。

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。

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。

（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。

（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。

（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。

（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。

（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。

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。

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。

（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。

（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。

（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。

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。

（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。

（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。

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。

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。

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。

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）。

Claims

不平衡回路と、
前記不平衡回路に磁気結合する平衡回路と、
前記不平衡回路に接続されたキャパシタと、
を備えており、
前記不平衡回路を構成する線路部の一部が前記キャパシタの一方の電極を兼ねる、
薄膜バラン。
不平衡伝送線路と、
前記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、
前記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、
前記Ｃ成分が、前記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、
薄膜バラン。
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、
前記第１の線路部及び前記第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、
前記第１の線路部に接続された不平衡端子と、
前記第２の線路部に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の線路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の線路部の一部及び前記対向電極により構成された、
薄膜バラン。
前記第２の線路部は、前記第１の線路部に対応する線路部から延びた延在部を有し、
前記対向電極は、前記第２の線路部の延在部に対向し、
前記Ｃ成分が、前記第２の線路部の延在部及び前記対向電極により構成された、
請求項３に記載のバラン。
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た、
薄膜バラン。
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、
請求項５に記載の薄膜バラン。
前記対向電極は、前記第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、
請求項６に記載の薄膜バラン。
前記対向電極は、前記第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且つ前記スペースの両側の対向電極の一部と対向している、
請求項５に記載の薄膜バラン。
前記対向電極は、前記第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且つ前記コイル導体の一部と対向している、
請求項５に記載の薄膜バラン。