(57)【要約】【課題】  プリント基板に内蔵する場合において、多層化することなく且つ機能を低下させることなく基板への組み込みを容易にしたプリント基板内蔵型平面バランを提供する。【解決手段】  平衡信号の伝送線路（１）と不平衡信号の伝送線路（２）とを同一平面上に、これらの伝送線路の側面で互いに対向するように形成すると共に、これらの伝送線路間及びこれらの伝送線路と所定の間隔で略平行に配置したグランド電位層（４）との間に誘電体（３）を介在させたことを特徴とする。【選択図】      図２
2006135056.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平衡信号の伝送線路と不平衡信号の伝送線路とを同一平面上に、これらの伝送線路の側面で互いに対向するように形成すると共に、これらの伝送線路間及びこれらの伝送線路と所定の間隔で略平行に配置したグランド電位層との間に誘電体を介在させたことを特徴とするプリント基板内蔵型平面バラン。
【請求項２】
平衡信号の伝送線路は、スパイラル状に配置された１対のコイルが対称的に配置された形状を有し、不平衡信号の伝送線路は、平衡信号の伝送線路に隣接してスパイラル状に対称的に配置された１つの連続するコイルからなることを特徴とする請求項１に記載のプリント基板内蔵型平面バラン。
【請求項３】
平衡信号の伝送線路と隣接する不平衡信号の伝送線路との間隔Ａに対するこれらの伝送線路の厚さＢのアスペクト比は１．０以上であることを特徴とする請求項１に記載のプリント基板内蔵型平面バラン。
【請求項４】
基板上にグランド電位層となる金属層を形成する工程と、
該金属層上に誘電体層となる絶縁層を形成する工程と、
該絶縁層上に感光性樹脂層を形成する工程と、
該感光性樹脂層を、スパイラル状に且つ対称的に配置された１対の第１の線路と、該第１の線路に隣接してスパイラル状に対称的に配置された１本の第２線路とからなるパターンに沿って露光し且つ現像することにより前記該感光性樹脂層に前記パターンに沿った複数の溝を形成する工程と、
該溝にめっきにより金属を埋め込む工程と、
金属を埋め込んだ表面をエッチング又は研磨することにより平滑化する工程と、
からなることを特徴とするプリント基板内蔵型平面バランの製造方法。
【請求項５】
基板上にグランド電位層となる金属層を形成する工程と、
該金属層上に誘電体層となる絶縁層を形成する工程と、
該絶縁層上に熱硬化性又は熱可塑性の流動性樹脂を形成する工程と、
該流動性樹脂に、スパイラル状に且つ対称的に配置された１対の第１の線路と、該第１の線路に隣接してスパイラル状に対称的に配置された１本の第２線路とからなるパターンを有する金型を押圧し、前記流動性樹脂に前記パターンに沿った複数の溝を形成する工程と、
該溝にめっきにより金属を埋め込む工程と、
金属を埋め込んだ表面をエッチング又は研磨することにより平滑化する工程と、
からなることを特徴とするプリント基板内蔵型平面バランの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント基板内蔵型平面バラン及びその製造方法に関する。ここで「バラン」とは、平衡信号と不平衡信号の相互変換を可能にする変換器であり、例えば無線通信におけるアンテナと配線部との間を結合・変換する場合に好適に使用され、この場合には、例えば基板自体に組み込まれたチップ部品或いはモジュール部品等として使用される。
【背景技術】
【０００２】
バランには、不平衡信号側に動作周波数λ／２の長さで先端が開放された伝送線路と、平衡信号側に誘電体を介してλ／４の長さで先端がグランド電位に短絡された１対の伝送線路を有した、「平面型バラン」と称するものがある。
【０００３】
この「平面型バラン」を有機樹脂材から成るプリント基板に形成し、「受動素子内蔵基板」を製造する場合、平面型バランの構造は、誘電体層を介した平衡信号の伝送線路と不平衡信号の伝送線路の上下に誘電体を介してグランド電位層が必要であり、４層構造とならざるを得なかった。
【０００４】
上述のような「平面型バラン」の先行技術として、特許文献１がある。この文献に開示されている「バルントランス」は、加工技術を複雑化することなく、所望のインピーダンスを有する平面型バルントランスを提供することを課題とし、シリコン基板上に形成された第１、第２アース電位層と、それに挟まれた誘電体層を有し、誘電体層内部には不平衡信号伝送線路と平衡信号伝送線路とからなる１対の伝送線路が、実質的に第１、第２アース電位層と平行に配置されものである。また、誘電体層の厚さ、不平衡信号伝送線路と平衡伝送線路との間隔、それらのオフセット、伝送線路の厚さ、誘電体の比誘電率に所定の関係を持たせている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１７２２８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した特許文献１に開示されているような従来の「平面型バラン」では、誘電体層を介した平衡信号の伝送線路と不平衡信号の伝送線路の上下に誘電体を介してグランド電位層が必要であり、４層構造とならざるを得ない。
【０００７】
このため、本来のプリント基板の層数が４層以下のものにバランを形成することが望まれる場合は、必要以上に層数を増加させなければならないが、平衡信号の伝送線路と不平衡信号の伝送線路を同一平面上に形成し、かつ２つのグランド電位層を１つにして、これらの伝送線路とグランド電位層との間に誘電体層を介在させることで、２層構造として構成することが可能なことを見い出した。しかし、この場合、平衡信号の伝送線路と不平衡信号の伝送線路間の結合を大きくするために、これらの配線間の距離を狭くする必要があり、要求特性によっては、配線形成ができない場合があることに留意しなければならない。
【０００８】
そこで、本発明では、プリント基板に内蔵する場合において、多層化することなく且つ機能を低下させることなく基板への組み込みを容易にしたプリント基板内蔵型平面バランを提供することを課題とする。
【０００９】
また、本発明は、プリント基板に内蔵する場合において、厚さを薄くすることのできるプリント基板内蔵型平面バランを提供することを課題とする。
【００１０】
更に、また、本発明は、プリント基板に組み込むバランの層数を減少させた場合においても、平衡信号の伝送線路と不平衡信号の伝送線路の配線間の間隔に対して対向配線面積を十分確保することのできる、プリント基板内蔵型平面バラン及びその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を達成するために、本発明によれば、平衡信号の伝送線路と不平衡信号の伝送線路とを同一平面上に、これらの伝送線路の側面で互いに対向するように形成すると共に、これらの伝送線路間及びこれらの伝送線路と所定の間隔で略平行に配置したグランド電位層との間に誘電体を介在させたことを特徴とするプリント基板内蔵型平面バランが提供される。
【００１２】
平衡信号の伝送線路は、スパイラル状に配置された１対のコイルが対称的に配置された形状を有し、不平衡信号の伝送線路は、平衡信号の伝送線路に隣接してスパイラル状に対称的に配置された１つの連続するコイルからなることを特徴とする。
【００１３】
平衡信号の伝送線路と隣接する不平衡信号の伝送線路との間隔Ａに対するこれらの伝送線路の厚さＢのアスペクト比は１．０以上であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明によれば、基板上にグランド電位層となる金属層を形成する工程と、該金属層上に誘電体層となる絶縁層を形成する工程と、該絶縁層上に感光性樹脂層を形成する工程と、該感光性樹脂層を、スパイラル状に且つ対称的に配置された１対の第１の線路と、該第１の線路に隣接してスパイラル状に対称的に配置された１本の第２線路とからなるパターンに沿って露光し且つ現像することにより前記該感光性樹脂層に前記パターンに沿った複数の溝を形成する工程と、該溝にめっきにより金属を埋め込む工程と、金属を埋め込んだ表面をエッチング又は研磨することにより平滑化する工程と、からなることを特徴とするプリント基板内蔵型平面バランの製造方法が提供される。
【００１５】
更にまた、本発明によると、基板上にグランド電位層となる金属層を形成する工程と、該金属層上に誘電体層となる絶縁層を形成する工程と、該絶縁層上に熱硬化性又は熱可塑性の流動性樹脂を形成する工程と、該流動性樹脂に、スパイラル状に且つ対称的に配置された１対の第１の線路と、該第１の線路に隣接してスパイラル状に対称的に配置された１本の第２線路とからなるパターンを有する金型を押圧し、前記流動性樹脂に前記パターンに沿った複数の溝を形成する工程と、該溝にめっきにより金属を埋め込む工程と、金属を埋め込んだ表面をエッチング又は研磨することにより平滑化する工程と、からなることを特徴とするプリント基板内蔵型平面バランの製造方法じ提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について従来例と比較しながら詳細に説明する。
【００１７】
図１（ａ）は従来の４層構造の平面バランを示す概略分解斜視図、図１（ｂ）は同従来例の４層構造の平面バランの部分断面図である。例えば前述の特許文献１に開示されているような従来の平面バランは４層構造からなり、図１において下側の平衡信号の伝送線路１と上側の不平衡信号の伝送線路２とが、所定の間隔をおいて誘電体３ａを介して互いに対向するように平行に配置されている。
【００１８】
平衡信号の伝送線路１の下側は、所定の厚さの誘電体３ｂを介してグランド電位層４が配置され、不平衡信号の伝送線路２の上側は、同様に、所定の厚さの誘電体３ｃを介してグランド電位層５が配置されている。
【００１９】
平衡信号の伝送線路１は、左右略対称にスパイラル状に巻回された１対の線路１ａ、１ｂとして形成され、各伝送線路１ａ、１ｂの外側端部は、それぞれのビア６ａ、６ｂを介して上面の１対の平衡信号側端子７ａ、７ｂに接続され、内側端部は、それぞれのビア８ａ、８ｂ介して下側のグランド層４に接続されている。
【００２０】
一方、不平衡信号の伝送線路２は、１本の連続するコイルとして左右対称にスパイラル状に巻回され、その両端はコイルの内側に配置され、一方の端部がビア９を介して平衡信号側端子１０に接続され、他方の端部は接続されない状態となっている。
【００２１】
このように、平衡信号の伝送線路１及び不平衡信号の伝送線路２は特性上及び実装上の観点からスパイラル状に巻回され、誘電体３ａを介して互いに厚さ方向に対向して配置されている。
【００２２】
図２（ａ）は本発明の２層構造の平面バランを示す概略分解斜視図、図２（ｂ）は同本発明の２層構造の平面バランの部分断面図である。本発明の平面バランは２層構造からなり、平衡信号の伝送線路１と不平衡信号の伝送線路２とが、同一平面上に水平方向に所定の間隔をおいて互いに側面にて対向するように配置されている。
【００２３】
これらの平衡信号の伝送線路１と不平衡信号の伝送線路２とは誘電体３を挟んで共通のグランド電位層４が配置され、マイクロストリップラインを形成している。
【００２４】
平衡信号の伝送線路１は、左右対称にスパイラル状に巻回された１対の線路１ａ、１ｂとして形成され、各伝送線路１ａ、１ｂの外側端部はそれぞれ平衡信号側端子７ａ、７ｂに接続されている。
【００２５】
一方、不平衡信号の伝送線路２は、１本の連続するコイルとして左右対称にスパイラル状に巻回され、外周側の線路は相互に連続的につながっており、内周側における両端はコイルの内側に配置され、一方の端部が平衡信号側端子１０に接続され、他方の端部が接続されない状態となっている。
【００２６】
このように本発明の２層構造の平面バランでは、平衡信号の伝送線路１と不平衡信号の伝送線路２とを同一平面上に隣接して配置し、その側面で互いに対向させている。このように平衡信号の伝送線路１と不平衡信号の伝送線路２とを同一平面上に配置することにより、グランド層４を共通の１つの層とすることができ、平面型バランの厚さを薄くすることができる。なお、図２（ｂ）において、符号１１はプラスチック等の基板を示し、本発明の２層構造の平面バランをプリント配線基板に内蔵することができる。
【００２７】
本発明の２層構造の平面バランにおいて、図２（ｂ）に示すように、同一平面上に隣接して配置された平衡信号の伝送線路１と不平衡信号の伝送線路２とは互いに側面にて対向しているが、これらの配線の高さを厚くすることで、伝送線路１、２の側面の面積を大きくすることができる。換言すると、平衡−不平衡の伝送線路１、２間の誘電体の幅Ａより伝送線路１、２の厚さＢの高い配線形状、即ちアスペクト比が１以上の配線を得ることにより、平衡信号の伝送線路１と不平衡信号の伝送線路２とを同一平面上に設けて２層構造の平面バランとした場合の信号交換特性を向上させることができる。
【００２８】
図３（ａ）〜図３（ｅ）は、上記のような本発明の２層構造の平面型バランを形成する場合において、伝送線路１、２を高アスペクト比の配線とするための、平面型バランの製造方法を示したものである。
【００２９】
図４は、２層構造の平面型バランの基本断面形状で、平衡信号の伝送線路１と不平衡信号の伝送線路２間の誘電体３の幅Ａ、高さＢとする。前述のように、Ａの配線間隔に対しＢの厚さを大きくすることで対向する配線間の面積を大きくすることができ、バランの結合を強化することができる。
【００３０】
そのための製造方法として図３（ａ）では、基板１１の上にグランド層となる金属層４を形成し、その上に誘電体としての絶縁層３ａを形成した状態を示す。
【００３１】
図３（ｂ）では、図３（ａ）における絶縁層３ａの上に、感光性樹脂、又は熱硬化性又は熱可塑性の流動性のある樹脂３ｂを形成した状態を示す。次に、図３（ｃ）では、感光性樹脂又は熱硬化性、熱可塑性樹脂に溝２０を形成した状態を示す。樹脂層３ｂが感光性樹脂である場合は、感光性樹脂を所定のパターンに沿って露光・現像することにより溝２０を形成することができ、樹脂層３ｂが熱硬化性又は熱可塑性の流動性のある樹脂である場合は、所定のパターンを有する金型（図示せず）を用いて樹脂３ｂを押圧することにより物理的に溝２０を形成する。
【００３２】
この場合の露出・現像のパターン又は金型のパターン、あるいは形成された溝２０は、前述のような平衡信号の伝送線路１と不平衡信号の伝送線路２の配線形状に沿ったものであることは言うまでもない。
【００３３】
図３（ｄ）では、銅めっきを施すことにより溝２０を金属（銅）２２で充填した状態を示す。図３（ｅ）では、金属２２を充填した上面を表面エッチング又は研磨により平滑化した状態を示す。このような配線の形成工程により、平衡信号の伝送線路１と隣接する不平衡信号の伝送線路２との間隔Ａに対するこれらの伝送線路１、２の厚さＢを大きくした、即ち高アスペクト比（例えば１．０以上）の配線を得ることができる。
【００３４】
このように、本発明の平面バランの製造方法によると、樹脂の凹み又は溝を形成することにより平衡信号の伝送線路１と不平衡信号の伝送線路２を配線間隔Ａに対して厚さＢが十分あって、側面の面積を大きくできることでバランの結合特性を強化した、しかも２層構造と層数の少ない平面バランを形成することができる。
【００３５】
図５〜図１０は、前述の４層構造の平面型バランと本発明の２層構造の平面型バランのシミュレーション・テストによる特性を比較して示したものである。
【００３６】
図５（ａ）は４層構造の平面型バランにおける不平衡信号の伝送線路２の平面形状を示し、図５（ｂ）は４層構造の平面型バランの断面図である。不平衡信号の伝送線路２は、スパイラル状に対称的に配置された１つの連続するコイルからなり、全体として略正方形（例えばＣ＝２．０ｍｍ）の平面形状を有し、外周側の線路が連続的につながり、内周側に両端部を有する。不平衡信号の伝送線路２は、前述のように、誘電体層３を挟んで１対の平衡信号の伝送線路１（図１の１ａ、１ｂ）と対向している。４、５はグランド層である。
【００３７】
４層構造の平面型バランにおけるシミュレーション・テストの結果を図６に示す。図６から明らかなように、周波数２〜３ＧＨｚの領域において、挿入損失−２ｄＢ以下となっている。
【００３８】
図７（ａ）は４層構造の平面型バランにおける平衡信号の伝送線路１と、不平衡信号の伝送線路２の平面形状の配置状態を示し、図８（ｂ）は同４層構造の平面型バランの断面図である。
【００３９】
図８（ａ）は２層構造の平面型バランにおける平衡信号の伝送線路１と、不平衡信号の伝送線路２の平面形状の配置状態を示し、図８（ｂ）は同２層構造の平面型バランの断面図である。
【００４０】
図７及び図８において、１２は平衡信号の伝送線路１及び不平衡信号の伝送線路２を覆っている表面保護層（ソルダレジスト）、１３は不平衡信号の伝送線路２の端部に接続されたビアであり、不平衡信号の端子１０に接続されている。
【００４１】
図９は本発明の２層構造の平面型バランにおける平衡信号の伝送線路１及び不平衡信号の伝送線路２の平面形状を示す。前述のように、平衡信号の伝送線路１は、スパイラル状に配置された１対のコイル１ａ、１ｂが対称的に配置された形状を有する。不平衡信号の伝送線路２は、平衡信号の伝送線路１に隣接してスパイラル状に対称的に配置された１つの連続するコイルからなり、外周側の線路が連続的につながり、内周側に両端部を有する。平衡信号の伝送線路１及び不平衡信号の伝送線路２は、全体として矩形（例えばＣ＝２．２ｍｍ、Ｄ＝２．０ｍｍ）の平面形状を有する。
【００４２】
図１０は本発明の２層構造の平面型バランにおける平衡信号の伝送線路１及び不平衡信号の伝送線路２の平面形状を示す。図１０から明らかなように、周波数２〜３ＧＨｚの領域において、挿入損失−２ｄＢ以下となっている。これにより、図６に示した２層構造の平面型バランにおけるシミュレーション・テストの結果の場合と同様、実用的な周波数頻度領域である周波数２〜３ＧＨｚの領域において４層構造の平面型バランと同様に、挿入損失を低く抑えることができる。
【００４３】
以上添付図面を参照して本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の精神ないし範囲内において種々の形態、変形、修正等が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
以上説明したように、本発明によれば、平面型バランを２層構造としたことで、平面バランをプリント基板上に形成する場合に、４層構造のものに比べて機能を低下させることなく、且つ多層化する必要がなく、層数を減らすことができ、構造を簡略化することができる。このため、通信用の基板等層数の少ないプリント基板への内蔵が容易となる。
【００４５】
また、部品を内蔵化することにより、しかも層数を４層から２層へ減らすことにより、基板の厚さを減少することが可能となる。
【００４６】
更にまた、本発明の平面型バランの製造方法によれば、伝送線路を配線間隔より充分厚くでき、伝送線路の側面の面積を大きくできることで結合が強く、且つ層数が２層と少ない平面型バランを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】（ａ）は従来の４層構造の平面バランを示す概略分解斜視図、（ｂ）は同従来例の４層構造の平面バランの部分断面図である。
【図２】（ａ）は本発明の２層構造の平面バランを示す概略分解斜視図、（ｂ）は同本発明の２層構造の平面バランの部分断面図である。
【図３】本発明の２層構造の平面型バランの製造方法を示す。
【図４】２層構造の平面型バランの基本断面形状を示す。
【図５】（ａ）は４層構造の平面型バランにおける不平衡信号の伝送線路の平面形状を示し、（ｂ）は４層構造の平面型バランの断面図である。
【図６】４層構造の平面型バランのシミュレーション・テスト結果を示す。
【図７】（ａ）は４層構造の平面型バランにおける平衡信号の伝送線路と、不平衡信号の伝送線路の平面形状の配置状態を示し、（ｂ）は同４層構造の平面型バランの断面図である。
【図８】（ａ）は２層構造の平面型バランにおける平衡信号の伝送線路と、不平衡信号の伝送線路の平面形状の配置状態を示し、（ｂ）は同２層構造の平面型バランの断面図である。
【図９】本発明の２層構造の平面型バランにおける平衡信号の伝送線路及び不平衡信号の伝送線路の平面形状を示す。
【図１０】４層構造の平面型バランのシミュレーション・テスト結果を示す。
【符号の説明】
【００４８】
１（１ａ，１ｂ）    平衡信号の伝送線路
２    不平衡信号の伝送線路
３（３ａ，３ｂ，３ｃ）    誘電体層
４，５    グランド層、
６ａ，６ｂ，８ａ，８ｂ    ビア
７ａ，７ｂ    平衡信号端子
１０    不平衡信号端子
【図１】
2006135056.tif 000003
【図２】
2006135056.tif 000004
【図３】
2006135056.tif 000005
【図４】
2006135056.tif 000006
【図５】
2006135056.tif 000007
【図６】
2006135056.tif 000008
【図７】
2006135056.tif 000009
【図８】
2006135056.tif 000010
【図９】
2006135056.tif 000011
【図１０】
2006135056.tif 000012