(57)【要約】【課題】平衡信号、不平衡信号の変換における広帯域特性を高める。【解決手段】平衡信号と不平衡信号とを変換する信号回路層（４０）と信号回路層（４０）の直下の誘電体層（４１）と最下層の誘電体層（３５）とを含む多層基板（２）と、不平衡線路（１１）と、平衡線路（１３）とを備え、平衡線路（１３）及び不平衡線路（１１）に対応する接地導体（４５ｇ）を誘電体層（３５）に形成した。【選択図】図１
2015228593.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平衡信号と不平衡信号とを相互に変換するための信号回路層と、前記信号回路層の直下に形成された直下層と、前記直下層よりも前記信号回路層から遠い位置に形成された遠隔層とを含む多層基板と、
前記不平衡信号を伝送するために前記信号回路層に形成された不平衡線路と、
前記平衡信号を伝送するために前記信号回路層に形成された平衡線路とを備え、
前記平衡線路及び前記不平衡線路に対応する接地導体を前記遠隔層に形成したことを特徴とする平衡不平衡変換器。
【請求項２】
前記信号回路層は前記直下層に対して前記多層基板の表面側に配置され、
前記遠隔層は前記多層基板の裏面に露出して配置される請求項１に記載の平衡不平衡変換器。
【請求項３】
前記信号回路層は、前記多層基板の表面に露出して形成される請求項１に記載の平衡不平衡変換器。
【請求項４】
前記信号回路層は、前記多層基板の内部に形成される請求項１に記載の平衡不平衡変換器。
【請求項５】
請求項１に記載の平衡不平衡変換器と、
前記平衡線路に接続されたＩＣ半導体チップとを備えたことを特徴とする高周波装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平衡信号と不平衡信号とを相互に変換する平衡不平衡変換器、及び、この構造を内蔵した高周波装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
準ミリ波・ミリ波帯の周波数領域のような高周波領域で動作する高周波回路では、ノイズに強く、さらに、安定した利得が確保出来る差動構成が用いられることが多い。しかしながら、半導体ＩＣ（Integrated Circuit）が含まれるモジュールにおいて、信号を送受信するアンテナは、多くの場合接地面を有したアンテナであり、さらにサイズの小型化のために接地面を有した不平衡配線でアンテナが構成される。半導体ＩＣの内部回路の差動配線、つまり平衡配線と、アンテナを構成する不平衡配線とを接続するために、平衡伝送線路を伝送される平衡信号と不平衡伝送線路を伝送される不平衡信号とを相互に変換する平衡不平衡変換器が必要不可欠である。このような平衡不平衡変換器または不平衡平衡変換器は、バランやバラントランスとも呼ばれている。本明細書では上記平衡不平衡変換器をバランと呼ぶ場合がある。
【０００３】
図５（ａ）は従来の平衡不平衡変換器２００の構成を模式的に示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す面ＨＨに沿った断面図である。従来のマイクロ波バランは、図５（ａ）（ｂ）に示すように、単層の誘電体基板または半導体基板を備えてマイクロ波帯域において動作する平衡不平衡変換器２００により構成される。平衡不平衡変換器２００は、基本的に３種の線路を有する。
【０００４】
平衡不平衡変換器２００は、単層の誘電体基板２０９を備えている。平衡不平衡変換器２００には、不平衡線路２０８と平衡線路２０７とが設けられている。
【０００５】
不平衡線路２０８は、一端が入出力端子Ｐ３に接続された第３線路部２０３と、中継点Ｔを介して第３線路部２０３の他端に接続された第４線路部２０４とを有している。平衡線路２０７は、一端が接地導体２１０にビアホール（図示せず）を介して接続され、他端が入出力端子Ｐ１に接続された第１線路部２０１と、一端が接地導体２１０に他のビアホール（図示せず）を介して接続され、他端が入出力端子Ｐ２に接続された第２線路部２０２とを有している。第１線路部２０１・第２線路部２０２・第３線路部２０３・第４線路部２０４は、それぞれマイクロストリップライン構造を有している。
【０００６】
第１線路部２０１と第３線路部２０３とは、線路間隔Ｇにより並列する第１結合線路２０５を構成している。一方、第２線路部２０２と第４線路部２０４とは、線路間隔Ｇにより並列する第２結合線路２０６を構成している。
【０００７】
中継点Ｔを介して不平衡線路２０８を構成する第３線路部２０３及び第４線路部２０４のトータルの長さは、中心周波数でλ／２又はλ／４（λ：誘電体基板２０９上の波長）である。一方、第１線路２０１と第３線路２０３とからなる線路間隔Ｇの第１結合線路２０５の長さは、中心周波数でλ／４又はλ／８である。同様に、第２線路２０２と第４線路２０４とからなる線路間隔Ｇの第２結合線路２０６の長さは、中心周波数でλ／４又はλ／８である。第１線路２０１の入出力端子Ｐ１側と第２線路部２０２の入出力端子Ｐ２側とは、線路間隔Ｄを有した平衡線路となる。
【０００８】
またここでは、第４線路２０４の一端は、開放端としているが、接地端としても動作する。通常広帯域化する場合は、前記第１結合線路２０５、第２結合線路２０６は、夫々前記λ／４線路が用いられる。
【０００９】
不平衡線路２０８は、誘電体基板２０９の表面に形成されたストリップ導体によるマイクロストリップ線路である第３線路部２０３及び第４線路部２０４と、誘電体基板２０９の裏面に形成された接地導体２１０とにより構成される。一方、平衡線路２０７は、適当な間隔Ｄを空けた２本のマイクロストリップ線路である第１線路部２０１及び第２線路部２０２により構成されている。また、基本線路がマイクロストリップ線路で構成された平衡線路２０７と不平衡線路２０８との間で平衡信号と不平衡信号とを相互に変換するために、２本の第１線路部２０１及び第３線路部２０３、並びに、２本の第２線路部２０２及び第４線路部２０４を極めて接近させることにより、線路間隔ギャップＧを具備した一対の線路（第１結合線路２０５及び第２結合線路２０６）が構成される。
【００１０】
平衡不平衡変換器（バラン）２００の動作は、例えば前記中心周波数λ／４で第１線路２０１・第２線路２０２・第３線路２０３・第４線路２０４が構成される場合は、不平衡線路２０８の入出力端子Ｐ３から入力された不平衡信号は、第３線路２０３及び第４線路２０４をトータル１／２波長進む間に、１／４波長の第１結合線路２０５、及び、１／４波長の第２結合線路２０６で電磁結合し、第１結合線路２０５に接続された入出力回路Ｐ１、及び、第２結合線路２０６に接続された入出力回路Ｐ２から、それぞれ平衡信号が取り出される。入出力回路Ｐ１・Ｐ２から取り出される平衡信号は、振幅が同等であり、位相が１８０度異なった信号である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開2003-8312号公報（2003年1月10日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
図５（ａ）（ｂ）に示す例では、単層の誘電体基板２０９が平衡不平衡変換器２００に使用されている。しかしながら、例えば３ＧＨｚ〜１０ＧＨｚ帯の広帯域域で平衡不平衡信号変換器を使用する必要があり、近年小型化のために多層基板や半導体基板が平衡不平衡信号変換器に使用されている。小型化のポイントとして、回路や線路を構成するための基本伝送線路としてのマイクロストリップ導体の幅を狭くすることが不可欠である。
【００１３】
そのためには、複数の誘電体層を積層した多層基板や半導体基板上で、一つの誘電体層を薄くし、接地導体とマイクロストリップ導体との高さ（厚さ）を極力小さくすることによって、誘電体層上のマイクロストリップ導体の幅は狭くなる。これにより、例えば、５０オームの特性インピーダンスを有した基本伝送線路としてのマイクロストリップ導体を構成することができ、平衡不平衡変換器を小型化するこができる。
【００１４】
しかしながら、２つのマイクロストリップ線路を並列させて結合させる結合線路を構成する場合、前記線路間隔ギャップＧを小さくする必要があるが、基板加工上限界があり、前記２つの線路（第１線路部２０１と第３線路部２０３、第２線路部２０２と第４線路部２０４）を強く結合させるのは実現困難という課題があった。
【００１５】
本発明の目的は、多層基板を使用した平衡信号及び不平衡信号の相互変換における広帯域特性を高めた平衡不平衡変換器及びこれを備えた高周波装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る平衡不平衡変換器は、平衡信号と不平衡信号とを相互に変換するための信号回路層と、前記信号回路層の直下に形成された直下層と、前記直下層よりも前記信号回路層から遠い位置に形成された遠隔層とを含む多層基板と、前記不平衡信号を伝送するために前記信号回路層に形成された不平衡線路と、前記平衡信号を伝送するために前記信号回路層に形成された平衡線路とを備え、前記平衡線路及び前記不平衡線路に対応する接地導体を前記遠隔層に形成したことを特徴とする。
【００１７】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る高周波装置は、本発明の一態様に係る平衡不平衡変換器と、前記平衡線路に接続されたＩＣ半導体チップとを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の一態様によれば、平衡線路及び不平衡線路に対応する接地導体を遠隔層に形成したので、多層基板を使用した平衡信号及び不平衡信号の相互変換における広帯域特性を高めた平衡不平衡変換器及びこれを備えた高周波装置を提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】（ａ）は実施形態１に係る平衡不平衡変換器の構成を模式的に示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す面ｂｂに沿った断面図であり、（ｃ）は（ａ）に示す面ｃｃに沿った断面図である。
【図２】（ａ）は実施形態１に係る平衡不平衡変換器の反射振幅／伝送振幅特性を示すグラフであり、（ｂ）はその伝送位相特性を示すグラフである。
【図３】（ａ）は実施形態２に係る平衡不平衡変換器の構成を模式的に示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す面ｂｂに沿った断面図であり、（ｃ）は（ａ）に示す面ｃｃに沿った断面図である。
【図４】（ａ）は実施形態３に係る高周波装置の構成を模式的に示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す面ｂｂに沿った断面図である。
【図５】（ａ）は従来の平衡不平衡変換器の構成を模式的に示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す面ＨＨに沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について、詳細に説明する。
【００２１】
〔実施形態１〕
（平衡不平衡変換器１の構成）
図１（ａ）は実施形態１に係る平衡不平衡変換器１の構成を模式的に示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す面ｂｂに沿った断面図であり、（ｃ）は（ａ）に示す面ｃｃに沿った断面図である。
【００２２】
平衡不平衡変換器１は、多層基板２を備えている。多層基板２は、５つの誘電体層３１・３２・３３・３４・３５を有している。誘電体層３１・３２間には境界層４１が形成されている。誘電体層３２・３３間には境界層４２が形成されている。誘電体層３３・３４間には境界層４３が、誘電体層３４・３５間には境界層４４が、それぞれ形成されている。
【００２３】
誘電体層３１上の領域７０に信号回路層４０が形成されている。不平衡信号を入力するための端子（第３入出力端子）２３が、誘電体層３１上の領域７０の外側に設けられている。端子２３に入力された不平衡信号を伝送する不平衡線路１０ａが端子２３に接続されている。不平衡線路１０ａはマイクロストリップ線路からなる。該マイクロストリップ線路は、通常５０Ωの特性インピーダンスを有しており、線路幅を小さくし小型化するために、多層基板２では、信号回路層４０の直下の誘電体層（直下層）３１に接地導体４１ｇを形成している。接地導体４１ｇは、領域７０に対応する領域には形成されない。多層基板２に設けられた誘電体層（遠隔層）３５の裏面４５（誘電体層３５の誘電体層３１と反対側の面）に接地導体４５ｇが形成されている。誘電体層３４に、接地導体４４ｇが接地導体４１ｇと対応するように形成されている。本実施形態では、多層基板２に表裏の対称性を持たせて利便性を向上させるために接地導体４４ｇを接地導体４１ｇと表裏対称に形成している 。
【００２４】
不平衡線路１０ａからの不平衡信号を通過させる不平衡線路１０ｂが、領域７０の中に形成されている。接地導体４１ｇは領域７０に対応する領域には形成されておらず、領域７０内に配置された不平衡線路１０ｂに対応する接地導体は裏面４５に配置された接地導体４５ｇである。このように、不平衡信号が不平衡線路１０ａから不平衡線路１０ｂに伝送されると、接地導体が接地導体４１ｇから接地導体４５ｇへ変換される。この際、不平衡線路１０ａ・１０ｂは、何れも特性インピーダンスが５０Ωでありインピーダンス不整合は殆ど生じない。
【００２５】
領域７０内には、不平衡信号を伝送するために信号回路層４０に形成された不平衡線路１１と、平衡信号を伝送するために信号回路層４０に形成された平衡線路１３とが配置されている。
【００２６】
平衡線路１３は、一端がパッド５０及びビアホール５１により接地導体４１ｇ・４４ｇ・４５ｇに接続され、他端が平衡線路１７・１９を介して端子（第１入出力端子）２１に接続された線路部（第１線路部）１５と、一端が他のパッド５０及び他のビアホール５１により接地導体４１ｇ・４４ｇ・４５ｇに接続され、他端が平衡線路１８・２０を介して端子（第２入出力端子）２２に接続された線路部（第２線路部）１６とを含む。
【００２７】
不平衡線路１１は、一端が不平衡線路１０ａ・１０ｂを介して端子２３に接続された線路部（第３線路部）１２と、線路部１２の他端に接続された線路部（第４線路部）１６とを含む。
【００２８】
線路部１５・１６・１２・１４は、それぞれマイクロストリップライン構造を有する。線路部１５と線路部１２とは所定の線路間隔Ｇで並列した結合線路（第１結合線路）９０を構成する。線路部１６と線路部１４とは線路間隔Ｇで並列した結合線路（第２結合線路）９１を構成する。
【００２９】
端子２１・２２は平衡線路１３の入出力端子を構成し、端子２３は不平衡線路１１の入出力端子を構成する。
【００３０】
線路部１５と平衡線路１７とがチップ容量２４ａにより接続されている。線路部１６と平衡線路１８とが他のチップ容量２４ａにより接続されている。平衡線路１７と平衡線路１８とがチップ容量２４ｂにより接続されている。
【００３１】
（平衡不平衡変換器１の動作）
まず、不平衡信号が端子２３に入力され、不平衡線路１０ａを伝送される。不平衡線路１０ａを伝送された不平衡信号は、不平衡線路１０ｂを伝送される。このとき不平衡線路１０ｂの接地導体は、裏面４５に形成された接地導体４５ｇであり、不平衡線路１０ａの接地導体４１ｇから不平衡線路１０ｂの接地導体４５ｇへ接地導体の変換が行われる。
【００３２】
但し、この場合、インピーダンス不整合を極力生じさせないためには、例えば、多層基板２の表面のパッド５０およびビアホール５１により、接地導体４１ｇと接地導体４５ｇが電気的及び高周波的に接続されている必要がある。
【００３３】
不平衡線路１０ｂを通過した不平衡信号は、結合線路９０の線路部１２を通過する過程で線路部１５に電磁気的に結合する。当該線路部１２及び１５で構成される結合線路９０の動作中心周波数は、略１／４×λg(λg:誘電体層３１上での波長)である。
【００３４】
さらに、線路部１２を伝送した不平衡信号は、中継点Ｔを通過し、そのまま線路部１４を伝送する。線路部１４を伝送する過程で、不平衡信号は線路部１６に電磁気的に結合する。線路部１４及び１６で構成される結合線路９１の動作中心周波数は、略１／４×λgである。
【００３５】
結局、平衡線路１７・１８の端に現れるそれぞれの平衡信号の位相差は、１８０度であり、かつ、両平衡信号は同じ振幅を有している。線路部１５の他端は、誘電体層３１の表面に形成されたパッド５０と、パッド５０から裏面４５に到達するビアホール５１とにより、多層基板２の内層に形成された接地導体４１ｇ、接地導体４４ｇとともに裏面４５の接地導体４５ｇに接続されている。線路部１６の他端も、同様に接地導体４１ｇ・４４ｇ・４５ｇに接続されている。
【００３６】
以上の動作により、不平衡信号を平衡信号に変換することができる。この不平衡信号の平衡信号への変換は、多層基板２の誘電体層３１の短縮された波長λgを基準として結合線路９０・９１を用い、かつ、位相差を有する２つの平衡信号を出力することもあり、不平衡信号から平衡信号への変換における広帯域特性を得ることができる。
【００３７】
ここで、不平衡信号から平衡信号への変換における基本特性および広帯域特性を確保するためには、結合線路９０の結合度及び結合線路９１の結合度を向上させることが不可欠である。そのためには、結合線路９０を構成する線路部１２と線路部１５との間の間隔Ｇ、及び、結合線路９１を構成する線路部１４と線路部１６との間の間隔Ｇを短縮する必要がある。
【００３８】
しかしながら、多層基板２の誘電体層の加工精度の問題もあり、通常、多層基板で多用されているガラスエポキシ基板の場合、前記線路部の間隔Ｇは、大抵100ミクロンメータ以上であり、これ以上、間隔Ｇを狭くすることは難しい。
【００３９】
本発明の実施形態では、この間隔Ｇを、加工可能 な最小寸法とし、当該結合線路９０及び９１に対応する接地導体を信号回路層４０から遠ざけることにより、当該結合線路９０の線路部１２と線路部１５との間の結合度、及び、当該結合線路９１の線路部１４と線路部１６との間の結合度を増大させることができる。
【００４０】
つまり、平衡不平衡変換器１を構成するために領域７０に配置された結合線路９０・９１、不平衡線路１０ｂ、及び、平衡線路１７・１８に対応する接地導体４５ｇは、信号回路層４０から最も遠い導電体層３５の裏面４５に配置されている。誘電体層３２〜３４の領域７０に対応する領域には、接地導体は形成されない。
【００４１】
結合線路９０・９１は、マイクロストリップ線路の構成を有している。結合線路９０と接地導体４５ｇとの間、及び、結合線路９１と接地導体４５ｇとの間では電磁界が作用する。信号回路層４０から最も遠い導電体層３５の裏面４５に接地導体４５ｇを配置することにより、結合線路９０と接地導体４５ｇとの間、及び、結合線路９１と接地導体４５ｇとの間の電磁界の作用を弱めることができる。結合線路９０と接地導体４５ｇとの間の電磁界の作用が弱まると、結合線路９０の線路部１５及び線路部１２同士の電磁界の作用を強めるこができ、線路部１５と線路部１２との結合度を高くすることができる。また、結合線路９１と接地導体４５ｇとの間の電磁界の作用が弱まると、結合線路９１の線路部１６及び線路部１４同士の電磁界の作用を強めることができ、線路部１６と線路部１４との結合度を高くすることができる。その結果、当該結合線路９０・９１の強い結合により、多層基板２を使用した不平衡信号から平衡信号への変換における周波数帯域を広帯域化することができる。
【００４２】
加えて、本実施形態では、例えば、３ＧＨｚ〜１０ＧＨｚといった中心周波数６．５ＧＨｚで、比帯域で１００％以上もある超広帯域における不平衡信号から平衡信号への変換の場合、チップ容量２４ａの容量を変化させて、不平衡線路１０ａのリターンロスを調整することができる。一方、チップ容量２４ｂの容量を変化させることにより、平衡線路１７・１８のインピーダンス、及び、両線路間の位相差を調整するこが可能である。
【００４３】
平衡線路１７・１８は、ペアで平衡線路を構成する。平衡線路１７・１８は、単独としてはマイクロストリップラインを構成する。平衡線路１７・１８の線路自体の特性インピーダンスは、略５０Ωである。平衡線路１７・１８の接地に関しては、裏面４５の接地導体４５ｇが平衡線路１７・１８に対応する。
【００４４】
平衡線路１９・２０も、ペアで平衡線路を構成し、単独としてはマイクロストリップラインを構成し、線路自体の特性インピーダンスも、略５０Ωである。平衡線路１９・２０の接地に関しては、信号回路層４０の直下に配置された誘電体層３１に形成された接地導体４１ｇが平衡線路１９・２０に対応する。
【００４５】
平衡信号が平衡線路１７から平衡線路１９に伝送されると、対応する接地導体は接地導体４５ｇから接地導体４１ｇに変更される。平衡信号が平衡線路１８から平衡線路２０に伝送されても、対応する接地導体は接地導体４５ｇから接地導体４１ｇに変更される。平衡線路１７・１９の特性インピーダンスは何れも５０Ωであり、導電体層４５ｇが導電体層４１ｇに変更されても、インピーダンス不整合は殆ど生じない。そして、平衡線路１８・２０の特性インピーダンスも何れも５０Ωであり、導電体層４５ｇが導電体層４１ｇに変更されても、インピーダンス不整合は殆ど生じない。但し、この場合も前述したように、インピーダン不整合を極力生じさせないためには、例えば、多層基板２の表面のパッド５０およびビアホール５１により、接地導体４１ｇと接地導体４５ｇが電気的及び高周波的に接続されている必要がある。
【００４６】
（接地導体４５ｇの変形例）
前述した実施形態では、平衡線路１３、不平衡線路１１に対応する接地導体が、多層基板２の裏面４５に形成した接地導体４５ｇである例を示した。しかしながら、本発明はこれに限定されない。平衡線路１３、不平衡線路１１に対応する接地導体は、信号回路層４０の直下の誘電体層３１（直下層）よりも信号回路層４０から遠い位置に形成されていればよい。従って、平衡線路１３、不平衡線路１１に対応する接地導体は、例えば、接地層４２に形成してもよいし、接地層４３又は４４に形成してもよい。
【００４７】
（平衡不平衡変換器１の反射振幅／伝送振幅特性、伝送位相特性）
図２（ａ）は実施形態１に係る平衡不平衡変換器１の反射振幅／伝送振幅特性を示すグラフであり、（ｂ）はその伝送位相特性を示すグラフである。
【００４８】
図２（ａ）に示す曲線Ｓ１は、端子２３での反射振幅特性を示している。曲線Ｓ２は、端子２１と端子２２との間のアイソレーション特性を示している。曲線Ｓ３は、端子２３から端子２１・２２への伝送振幅特性を示している。
【００４９】
なおここでは、より広帯域化するためにチップ容量２４ａには１ｐＦの容量のチップを、平衡線路１７、平衡線路１８、線路部１５、線路部１６にそれぞれ設けている。３ＧＨｚ〜１０ＧＨｚ帯において、曲線Ｓ１の端子２３での反射振幅特性においてはリターンロス６ｄＢ以上、曲線Ｓ３の端子２３から端子２１・２２への伝送振幅特性の挿入損失は約４．２ｄＢで平坦であり、曲線Ｓ２の端子２１と端子２２との間のアイソレーション特性においては、広帯域で約１０ｄＢ以上の良好な特性が得られている。
【００５０】
一方図２（ｂ）に示す線Ｓ５は、端子２３から端子２１への伝送位相特性を示す。線Ｓ４は、端子２３から端子２２への伝送位相特性を示す。３ＧＨｚ〜１０ＧＨｚの広帯域に渡って、線Ｓ４と線Ｓ５との間に概ね１８０度の位相差が得られ、良好な不平衡平衡変換特性を示している。
【００５１】
（平衡不平衡変換器１の効果）
実施形態１によれば、多層基板２の複数の誘電体層３１・３４・３５に接地導体４１ｇ・４４ｇ・４５ｇがそれぞれ形成され、当該接地導体４１ｇ・４４ｇ・４５ｇはビアホール５１により互いに接続される。このため、端子２１・２２・２３の接地導体を接地導体４１ｇにより構成し、線路部１５・１６・１２・１４の接地導体を接地導体４５ｇにより構成することができる。即ち、端子２１・２２・２３の接地導体と線路部１５・１６・１２・１４の接地導体とを信号回路層４０との距離が異なる接地導体により構成することができる。従って、端子２１・２２・２３及び線路部１５・１６・１２・１４の小型化、並びに、線路部１５・１２からなる結合線路９０及び線路部１６・１４からなる結合線路９１の結合度を、それぞれ独立して変更することができる。この結果、多層基板２を使用した平衡信号及び不平衡信号の相互変換における広帯域特性を高めることができる。
【００５２】
また、端子２１・２２・２３の接地導体４１ｇが端子２１・２２・２３の直下の誘電体層３１に配置されるので、端子２１・２２・２３を小型化することができる。一例として、端子２１・２２を半導体ＩＣと接続する際に、半導体ＩＣに設けられる接続端子が小型であるため、多層基板２の入出力用端子２１・２２を小型化することにより、半導体ＩＣと平衡不平衡変換器１との間の入出力における損失を低減することができるという効果がある。または、当該多層基板２とコネクタとの間の接続においても、当該多層基板２の入出力用端子２１・２２・２３が小型であるため、小型のコネクタを用いることができる。このため、平衡不平衡変換器１を小型化することができるという効果もある。
【００５３】
〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、図３に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００５４】
（平衡不平衡変換器１ａの構成）
図３（ａ）は実施形態２に係る平衡不平衡変換器１ａの構成を模式的に示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す面ｂｂに沿った断面図であり、（ｃ）は（ａ）に示す面ｃｃに沿った断面図である。
【００５５】
平衡不平衡変換器１ａでは、信号回路層４０ａが誘電体層３１に形成されている。
【００５６】
不平衡線路１０ａを通過した不平衡信号は、パッド６０ａを通過するが、このとき不平衡線路１０ａの接地導体は、誘電体層３１に形成された接地導体４１ｇから裏面４５に形成された接地導体４５ｇに変更される。
【００５７】
パッド６０ａは、パッド６０ａに接続されたスルーホール５２ａにより、誘電体層３１に形成された信号回路層４０ａに接続される。当該信号回路層４０ａでは、線路部（第３線路部）６２と線路部（第１線路部）６５とにより結合線路（第１結合線路）９３が形成され、及び、線路部（第４線路部）６４と線路部（第２線路部）６６とにより結合線路（第２結合線路）９４が形成される。線路部６２と線路部６４とは、中継点Ｔを介して一つの線路を構成している。
【００５８】
また、引き出し部としての平衡線路６７にスルーホール５２ｂが形成され、誘電体層３１上に形成された平衡線路１９に接続される。引き出し部としての平衡線路６８にスルーホール５２ｃが形成され、誘電体層３１上に形成された平衡線路２０に接続される。
【００５９】
多層基板２の内層に配置された信号回路層４１に形成された線路部６５の他端は、誘電体層３１の表面に形成されたパッド５０と、ビアホール５１とにより、内層に配置された接地導体４１ｇ、接地導体４４ｇとともに裏面４５に配置された接地導体４５ｇに接続されている。
【００６０】
多層基板２の内層に配置された信号回路層４０ａに形成された線路部６６の他端も、同様に接地されている。平衡不平衡変換器１ａを構成するために領域７０に配置された結合線路９３・９４、パッド６０ａ、及び、平衡線路６７・６８に対応する接地導体４５ｇは、信号回路層４０ａから最も遠い導電体層３５の裏面４５に配置されている。誘電体層３２〜３４の領域７０に対応する領域には接地導体は形成されない。
【００６１】
当該結合線路９３・９４は、直上に誘電体層３１はあるが、誘電体層３１に接地導体は形成されない。結合線路９３・９４は、マイクロストリップ線路の構成をしており、最も遠い接地導体４５ｇと当該結合線路９３・９４との間で電磁界の作用がある。結合線路９３・９４と接地導体４５ｇとの電磁場の作用が弱まることにより、結合線路９３の線路部６２と線路部６５との間の電磁場の作用を高くするこができ、結合線路９４の線路部６４と線路部６６との間の電磁場の作用を高くするこができる。従って、結合線路９３の結合度を高くするこができ、結合線路９４の結合度を高くするこができる。その結果、当該結合線路９３・９４の強い結合により、多層基板２を使用した不平衡信号から平衡信号への変換における周波数帯域を広帯域化することができる。
【００６２】
尚、平衡線路１９・２０の接地導体４１ｇは、不平衡線路１０ａと同様、直下の誘電体層３１に配置されている。このため、平衡線路１９・２０は、線路幅の狭いマイクロストリップ線路のペアとして構成することができる。加えて、当該実施形態２では、実施形態１のように結合線路９０・９１の直近に、チップ部品による調整部２４ａ・２４ｂを設けることは出来ないが、誘電体層３１の表面に配置された信号回路層４０において、誘電体層３１の表面の平衡線路１９・２０に調整部２４ｃ・２４ｄを設けることができ、さらなる広帯域化することができる。
【００６３】
（接地導体４５ｇの変形例）
前述した実施形態では、結合線路９３・９４に対応する接地導体が、多層基板２の裏面４５に形成した接地導体４５ｇである例を示した。しかしながら、本発明はこれに限定されない。結合線路９３・９４に対応する接地導体は、信号回路層４０ａの直下の誘電体層３２（直下層）よりも信号回路層４１から遠い位置に形成されていればよい。従って、結合線路９３・９４に対応する接地導体は、境界層４３に形成してもよいし、境界層４４に形成してもよい。
【００６４】
（平衡不平衡変換器１ａの効果）
実施形態２によれば、実施形態１の効果に加えて、結合線路９３・９４が、多層基板２の内部に配置された信号回路層４０ａにより構成されるので、多層基板２の表面は空きスペースとなり、電源供給のための配線部等を多層基板２の表面に設けることができ、平衡不平衡変換器のさらなる小型化に貢献することができる。
【００６５】
〔実施形態３〕
（高周波装置３の構成）
図４（ａ）は実施形態３に係る高周波装置３の構成を模式的に示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す面ｂｂに沿った断面図である。
【００６６】
高周波装置３は、平衡不平衡変換器１と、平衡不平衡変換器１の平衡線路１３に接続されたＩＣチップ（ＩＣ半導体チップ）８１とを備えている。実施形態１で示した平衡不平衡変換器（バラン）１を用いて、ＩＣチップ８１が搭載されたＩＣモジュール基板４の構成を示す。
【００６７】
当該ＩＣモジュール基板４は、多層積層基板を利用している。ＩＣモジュール基板４に形成された誘電体層３１・３２の一部をＩＣチップ８１の厚さ分だけくり抜いて凹部（キャビティ）８０が形成されている。ＩＣチップ８１は、当該キャビティ８０中に搭載されている。加えて、本実施形態では、ＩＣチップ８１に設けられたワイヤ接続部８３ａ・８３ｂ・８３ｃ中のいずれか複数のワイヤで、ＩＣチップ８１中の接地部とＩＣモジュール基板４の接地部とが接続されることにより、ＩＣチップ８１のグランドが構成されている（図では示していない）。
【００６８】
一例として、ＵＶＷ用途のガウシアンモノパルス送信機ＩＣをＩＣチップ８１として搭載したＩＣモジュール基板４の構成で説明する。
【００６９】
ＤＣ信号線路及び制御信号線路としてのワイヤ接続部８３ａ・８３ｂ・８３ｃにより駆動されたＩＣチップ８１からは、３ＧＨｚ〜１０ＧＨｚの広帯域ガウシアンモノパルス信号が発生し、当該発生した広帯域ガウシアンモノパルス信号は、ＩＣチップ８１からワイヤボンド８２ａ・８２ｂを介して、平衡線路１９・２０に出力され、平衡不平衡変換器（バラン）１へ平衡線路１７・１８を介して入力される。
【００７０】
当該平衡不平衡変換器１では、広帯域ガウシアンモノパルス信号が平衡・不平衡変換され、変換された不平衡信号が不平衡線路１１から出力されて不平衡線路１０ｂ・１０ａを通って端子２３に伝送される。この平衡不平衡変換プロセスは、実施形態１で述べた、不平衡平衡変換プロセスと正反対のプロセスであり、平衡信号から不平衡信号への変換が行われる。このように、平衡不平衡変換器１により平衡信号から不平衡信号へ変換された広帯域ガウシアンモノパルス信号は、不平衡線路１０ａを通って端子２３から出力される。
【００７１】
前記ＵＷＢ帯のガウシアンモノパルス信号は、３ＧＨｚ〜１０ＧＨｚの超広帯域信号である。当該ＩＣモジュール基板４上の端子２３から出力されるＵＷＢ信号は、広帯域の平衡不平衡変換器１により、平衡信号から不平衡信号へ広帯域に変換され、波形劣化の少ないクリーンなガウシアンモノパルス信号が平衡不平衡変換器１から出力される。
【００７２】
加えて、本実施形態では、一例としてチップの厚さ４００μｍのＩＣチップ８１を、キャビティ８０中に搭載しているために、ワイヤ長は、少なくともＩＣチップ８１の厚さ分は、短縮される。結果として、複数のワイヤボンド８２ａ・８２ｂ、ワイヤ接続部８３ａ・８３ｂ・８３ｃは、ワイヤ長３００μｍ〜８００μｍ程度の長さになり、ＩＣチップ８１とＩＣモジュール基板４との短いワイヤでの接続が可能である。このため、電気的に、低インダクタンスのワイヤによりＩＣチップ８１とＩＣモジュール基板４との接続ができるのみならず、平衡線路１９・２０が、直下の誘電体層３１に配置された接地導体４１ｇに対応しているため、線路幅が狭い平衡線路１９・２０を構成することができる。このため、ＩＣモジュール基板４のサイズに比べて小型であるＩＣチップ８１との接続に使用するワイヤボンド８２ａ・８２ｂと、平衡線路１９・２０とはサイズの大きな違いが少なくなる。従って、ワイヤボンド８２ａ・８２ｂと平衡線路１９・２０とは不整合の小さくかつ低損失の接続が可能となる。この結果、高周波装置３は高周波特性に優れた広帯域の動作が可能となる。
【００７３】
加えて、ＩＣチップ８１が、キャビティ８０の中に搭載されることにより、本ＩＣチップ８１を、簡易的に凸状の低背形状の小型のキャップで蓋することが可能である。従って、ＩＣチップ８１を中空状態で、低背キャップ８５により封止することができる。この結果、高周波での平衡信号の劣化が少なくなり、広帯域動作が可能となる。つまり、当該３ＧＨｚ〜１０ＧＨｚ帯での広帯域動作を確保するためには、ＩＣチップ８１に対して、従来から多用されている樹脂封止が困難である。このため、ＩＣチップ８１の周りは中空状態にしておくことが不可欠である。このように、当該構造のキャビティ８０と低背キャップ８５とによりＩＣチップ８１を封止することにより、ＩＣチップ８１の周りの中空状態を確保し、３ＧＨｚ〜１０ＧＨｚ帯での広帯域動作を実現することができる。
【００７４】
（高周波装置３の効果）
実施形態３によれば、実施形態１の効果に加えて、ＩＣモジュール基板４上に一体化してＩＣチップ８１を搭載している。このため、小型であり、超広帯域動作が可能で、かつ、優れた高周波特性を有する高周波装置３を実現することができる。
【００７５】
〔まとめ〕
本発明の態様１に係る平衡不平衡変換器１・１ａは、平衡信号と不平衡信号とを相互に変換するための信号回路層４０・４０ａと、信号回路層４０・４０ａの直下に形成された直下層（誘電体層３１・３２）と、前記直下層（誘電体層３１・３２）よりも前記信号回路層４０・４０ａから遠い位置に形成された遠隔層（誘電体層３５）とを含む多層基板２と、前記不平衡信号を伝送するために前記信号回路層４０・４０ａに形成された不平衡線路１１と、前記平衡信号を伝送するために前記信号回路層４０・４０ａに形成された平衡線路１３とを備え、前記平衡線路１３及び前記不平衡線路１１に対応する接地導体４５ｇを前記遠隔層（誘電体層３５）に形成した。
【００７６】
上記の構成によれば、平衡線路及び不平衡線路に対応する接地導体を、直下層よりも信号回路層から遠い位置に形成された遠隔層に形成した。このため、接地導体と平衡線路及び非平衡線路との間の電磁界の作用を弱めることができるので、平衡線路及び非平衡線路に対する電磁界の作用を強めて平衡線路及び非平衡線路の結合度を高めることができる。この結果、多層基板を使用した平衡信号及び不平衡信号の相互変換における広帯域特性を高めた平衡不平衡変換器を提供することができる。
【００７７】
本発明の態様２に係る平衡不平衡変換器１・１ａは、上記態様１において、前記信号回路層４０・４０ａは前記直下層（誘電体層３１・３２）に対して前記多層基板２の表面側に配置され、前記遠隔層（誘電体層３５）は前記多層基板２の裏面４５に露出して配置されてもよい。
【００７８】
上記の構成によれば、信号回路層から最も遠い位置に遠隔層が配置されるので、多層基板を使用した平衡信号及び不平衡信号の相互変換における広帯域特性をより一層高めることができる。
【００７９】
本発明の態様３に係る平衡不平衡変換器１は、上記態様１において、前記信号回路層４０は、前記多層基板２の表面に露出して形成されてもよい。
【００８０】
上記の構成によれば、簡素な構成により、多層基板を使用した平衡信号及び不平衡信号の相互変換における広帯域特性を高めることができる。
【００８１】
本発明の態様４に係る平衡不平衡変換器１ａは、上記態様１において、前記信号回路層４０ａは、前記多層基板２の内部に形成されてもよい。
【００８２】
上記の構成によれば、信号回路層の上側の多層基板の表面は空きスペースとなり、電源供給のための配線部等を多層基板の表面に設けることができ、平衡不平衡変換器のさらなる小型化に貢献することができる。
【００８３】
本発明の態様５に係る平衡不平衡変換器１・１ａは、前記平衡線路１３は、一端がビアホール５１により前記接地導体４５ｇに接続され他端が第１入出力端子（端子２１）に接続された第１線路部（線路部１５・６５）と、一端が他のビアホール５１により前記接地導体４５ｇに接続され他端が第２入出力端子（端子２２）に接続された第２線路部（線路部１６・６６）とを含み、前記不平衡線路１１は、一端が第３入出力端子（端子２３）に接続された第３線路部（線路部１２・６２）と、前記第３線路部（線路部１２・６２）の他端に接続された第４線路部（線路部１４・６４）とを含み、前記第１〜第４線路部（線路部１５・６５、線路部１６・６６、線路部１２・６２、線路部１４・６４）は、それぞれマイクロストリップライン構造を有し、前記第１線路部（線路部１５・６５）と前記第３線路部（線路部１２・６２）とは所定の線路間隔Ｇで並列した第１結合線路（結合線路９０・９３）を構成し、前記第２線路部（線路部１６・６６）と前記第４線路部（線路部１４・６４）とは前記線路間隔Ｇで並列した第２結合線路（結合線路９１・９４）を構成し、前記第１及び前記第２入出力端子（端子２１・２２）は前記平衡線路１３の入出力端子を構成し、前記第３入出力端子（端子２３）は前記不平衡線路１１の入出力端子を構成してもよい。
【００８４】
上記の構成によれば、接地導体と第１及び第２結合線路との間の電磁界の作用を弱めることができるので、第１及び第２結合線路に対する電磁界の作用を強めて、第１結合線路の第１線路部と第３線路部との結合度を高め、第２結合線路の第２線路部と第４線路部との結合度を高めることができる。この結果、多層基板を使用した平衡信号及び不平衡信号の相互変換における広帯域特性を高めることができる。
【００８５】
本発明の態様６に係る平衡不平衡変換器１は、前記第１及び前記第２入出力端子（端子２１・２２）と前記第３入出力端子（端子２３）とのいずれかに対応する接地導体４１ｇが前記直下層（誘電体層３１）に形成されていてもよい。
【００８６】
上記の構成によれば、第１及び第２入出力端子と第３入出力端子とのいずれかに接続されるマイクロストリップ線路の線幅を狭くして平衡不平衡変換器を小型化することができる。
【００８７】
本発明の態様７に係る高周波装置３は、本発明の態様１に係る平衡不平衡変換器１と、前記平衡線路１３に接続されたＩＣ半導体チップ（ＩＣチップ８１）とを備える。
【００８８】
上記の構成によれば、平衡線路及び不平衡線路に対応する接地導体を、直下層よりも信号回路層から遠い位置に形成された遠隔層に形成した。このため、接地導体と平衡線路及び非平衡線路との間の電磁界の作用を弱めることができるので、平衡線路及び非平衡線路に対する電磁界の作用を強めて平衡線路及び非平衡線路の結合度を高めることができる。この結果、多層基板を使用した平衡信号及び不平衡信号の相互変換における広帯域特性を高めた平衡不平衡変換器を有する高周波装置を提供することができる。
【００８９】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明は、平衡信号と不平衡信号とを相互に変換する平衡不平衡変換器、及び、この構造を内蔵した高周波装置に利用することができる。また、本発明は、各種通信機器、レーダ等の高周波半導体装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００９１】
１  平衡不平衡変換器
２  多層基板
３  高周波装置
４  ＩＣモジュール基板
１０ａ  不平衡線路
１０ｂ  不平衡線路
１１  不平衡線路
１２  線路部（第３線路部）
１３  平衡線路
１４  線路部（第４線路部）
１５  線路部（第１線路部）
１６  線路部（第２線路部）
１７  平衡線路
１８  平衡線路
１９  平衡線路
２０  平衡線路
２１  端子（第１入出力端子）
２２  端子（第２入出力端子）
２３  端子（第３入出力端子）
３１  誘電体層（直下層）
３２  誘電体層（直下層）
３３  誘電体層
３４  誘電体層
３５  誘電体層（遠隔層）
４０  信号回路層
４０ａ  信号回路層
４１〜４４  境界層
４１ｇ  接地導体
４４ｇ  接地導体
４５  裏面
４５ｇ  接地導体
５０  パッド
５１  ビアホール
５２ａ  スルーホール
６０ａ  パッド
６２  線路部（第３線路部）
６４  線路部（第４線路部）
６５  線路部（第１線路部）
６６  線路部（第２線路部）
７０  領域
９０、９３  結合線路（第１結合線路）
９１、９４  結合線路（第２結合線路）
Ｔ  中継点
【図１】
2015228593.tif 000003
【図２】
2015228593.tif 000004
【図３】
2015228593.tif 000005
【図４】
2015228593.tif 000006
【図５】
2015228593.tif 000007