(57)【要約】  【課題】  副線路とＩＣ等の回路部品が有する低インピーダンス回路とのインピーダンス整合が容易な方向性結合器等を提供すること。  【解決手段】  複数の絶縁層２を含み、第１主面および第２主面を有する積層体１と、第１主面および第２主面に設けられており、積層体１を挟んで互いに対向し合う一対の接地導体層３と、一対の接地導体層３の間で積層体１の内部に設けられているとともに互いに対向し合う主線路および副線路を含んでおり、第１のインピーダンス値を有する回路に電気的に接続される線路部６とを備えており、副線路５が、第１のインピーダンス値よりも低い第２のインピーダンス値を有する低インピーダンス回路に電気的に接続される低インピーダンス接続部を含んでおり、この接続部において、接地導体層３と副線路５との距離が、接地導体層３と主線路４との距離よりも小さい方向性結合器９等である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに積層された複数の絶縁層を含んでおり、互いに対向し合う第１主面および第２主面を有する積層体と、
該積層体の前記第１主面および前記第２主面に設けられており、前記積層体を挟んで互いに対向し合う一対の接地導体層と、
前記一対の接地導体層の間で前記積層体の内部に前記第１主面側から順に設けられているとともに前記複数の絶縁層の一部を間に挟んで互いに対向し合う主線路および副線路を含んでおり、第１のインピーダンス値を有する回路に電気的に接続される線路部とを備えており、
該線路部のうち前記副線路が、前記第１のインピーダンス値よりも低い第２のインピーダンス値を有する低インピーダンス回路に電気的に接続される低インピーダンス接続部を含んでおり、該低インピーダンス接続部において、前記第２主面に設けられた前記接地導体層と前記副線路との間の距離が、前記第１主面に設けられた前記接地導体層と前記主線路との間の距離よりも小さいことを特徴とする方向性結合器。
【請求項２】
前記低インピーダンス接続部において、前記複数の絶縁層のうち前記第２主面に設けられた前記接地導体層と前記副線路との間に位置しているものの誘電率が、前記第１主面に設けられた前記接地導体層と前記主線路との間に位置しているものの誘電率よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の方向性結合器。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の方向性結合器と、
該結合器が電気的に接続された回路とを備えることを特徴とする高周波モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の絶縁層が積層されてなる積層体と、絶縁層を挟んで互いに対向し合うように絶縁層に設けられている主線路および副線路とを含む方向性結合器、およびこの方向性結合器を含む高周波モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機は、２つ以上の送受信系を搭載するいわゆるマルチバンド方式の採用が増えてきている。マルチバンド方式の携帯電話機では各送受信系の構成に必要な回路を搭載する必要があるが、回路が複雑になる。また、個別の専用部品を用いて回路を構成すれば機器（携帯電話機等）の大型化、高コスト化を招くことになる。そのために送受信系のフィルタ素子等の各回路部品を一体化した高周波モジュール化も進んでいる。この高周波モジュールにおいて複数の回路部品間を電気的に接続するための基板または単独の部品として方向性結合器が使用されている。
【０００３】
上記のように、フィルタ素子等の高周波信号が伝送される素子に接続される部品として方向性結合器が多用されている。方向性結合器は、高周波信号が伝送される主線路と、主線路と電磁的に結合された副線路とを有している。主線路および副線路は、複数の絶縁層が積層された積層体に設けられている。例えば、主線路と副線路とが絶縁層を挟んで上下に対向し合うことによって、主線路と副線路とが電磁的に結合されている。
【０００４】
このような方向性結合器では、主線路および副線路は、高周波線路において一般的なインピーダンス値（通常は50Ω）に調整されている。副線路は、例えば主線路が接続されている素子に対して電気的な情報を送り返す（フィードバックする）ための信号が伝送される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平10−126117号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の方向性結合器においては、近年、上記のインピーダンス値と異なる回路（回路部品）に電気的に接続されるケースが生じるようになってきている。例えば、比較的インピーダンス値が低い（20Ω程度）半導体素子に副線路が接続される場合である。この場合には、方向性結合器と半導体素子との間に別途インピーダンス変換回路が設けられる。
【０００７】
しかしながら、このようなインピーダンス変換回路が設けられると、方向性結合器および回路部品等を含む高周波モジュールとしての小型化が難しくなるという問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一つの態様による方向性結合器は、互いに積層された複数の絶縁層を含んでおり、互いに対向し合う第１主面および第２主面を有する積層体と、該積層体の前記第１主面および前記第２主面に設けられており、前記積層体を挟んで互いに対向し合う一対の接地導体層と、前記一対の接地導体層の間で前記積層体の内部に前記第１主面側から順に設けられているとともに前記複数の絶縁層の一部を間に挟んで互いに対向し合う主線路および副線路を含んでおり、第１のインピーダンス値を有する回路に電気的に接続される線路
部とを含んでいる。また、該線路部のうち前記副線路が、前記第１のインピーダンス値よりも低い第２のインピーダンス値を有する低インピーダンス回路に電気的に接続される低インピーダンス接続部を含んでおり、該低インピーダンス接続部において、前記第２主面に設けられた前記接地導体層と前記副線路との間の距離が、前記第１主面に設けられた前記接地導体層と前記主線路との間の距離よりも小さい。
【０００９】
本発明の一つの態様の高周波モジュールは、上記構成の方向性結合器と、該結合器が電気的に接続された回路とを含んでいる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一つの態様の方向性結合器によれば、副線路と接地導体層との間の距離が、主線路と接地導体層との間の距離よりも小さい。そのため、副線路の特に低インピーダンス接続部において接地導体層との間により大きな静電容量が生じる。これにより接続部における副線路のインピーダンス値を、主線路を含む信号線路のインピーダンス値よりも低くすることができ、方向性結合器と半導体素子等の低インピーダンス回路を有する素子との間でインピーダンス値が整合される。したがって、インピーダンス整合回路等が不要であり、高周波モジュール等の小型化が容易な方向性結合器を提供することができる。
【００１１】
本発明の一つの態様の高周波モジュールは、上記構成の方向性結合器を含むことから、小型化において有利である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態の方向性結合器における要部を示す断面図である。
【図２】図１に示す方向性結合器を含む高周波モジュールにおける要部を模式的に示す回路図である。
【図３】図１に示す方向性結合器の変形例を示す分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の方向性結合器および高周波モジュールを、添付の図面を参照して説明する。図１は本発明の実施形態の方向性結合器における要部を示す断面図である。また、図２は、図１に示す方向性結合器を含む高周波モジュールにおける要部を模式的に示す回路図である。なお、以下の説明におけるインピーダンスは特性インピーダンスである。
【００１４】
図１に示す方向性結合器９において、複数の絶縁層２が積層されて積層体１が形成されている。積層体１は、例えば四角形の板状であり、互いに対向し合う第１主面および第２主面を有している。図１の例では、積層体１の上面が第１主面であり、下面が第２主面である。この積層体１の第１および第２両主面に、積層体１を挟んで互いに対向し合う一対の接地導体層３が設けられている。また、積層体１の内部には、第１主面側から順に主線路４および副線路５が設けられている。主線路４および副線路５は、絶縁層２の一部を間に挟んで互いに対向し合い、互いに電磁的に結合されている。これらの主線路４および副線路５は、外部の回路（電気回路）に電気的に接続されて信号が伝送される線路部６を構成している。
【００１５】
積層体１は、主線路４および副線路５を、互いに電気的に絶縁された状態で設けるための絶縁基体として機能している。この絶縁基体は、積層体１以外に、他の絶縁層またはコーティング層等の付加部分（図示せず）を含んでいてもよい。
【００１６】
付加部分としての他の絶縁層等としては、例えば絶縁層２とは比誘電率または比透磁率等の電気特性、または熱伝導率等の熱的特性等の特性が異なるものが挙げられる。また、付加部分としての絶縁層等は、接地導体層３を外気から保護して酸化等を抑制するための
、絶縁コート層（図示せず）であってもよい。すなわち、実施形態の方向性結合器は、積層体１と付加部分とを含む絶縁基板（図示せず）に、接地導体層３、主線路４および副線路５が設けられたものであってもよい。
【００１７】
絶縁層２は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体、ガラスセラミック焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、窒化珪素質焼結体または炭化珪素質焼結体等のセラミック焼結材料によって形成されている。
【００１８】
積層体１は、例えば各絶縁層１がガラスセラミック焼結体からなる場合であれば、次のようにして製作される。まず、ホウケイ酸ガラス等のガラス粉末と酸化アルミニウム等のセラミック粉末とからなる原料粉末に適当な有機バインダおよび溶剤等を添加混合してスラリーを作製する。次に、このスラリーをドクターブレード法等の成形法でシート状に成形することにより複数枚のセラミックグリーンシートを作製する。その後、セラミックグリーンシートを切断加工や打ち抜き加工により適当な形状とするとともにこれらを積層する。最後にこの積層されたセラミックグリーンシートを還元雰囲気中において約900〜1000℃の温度で焼成することによって積層体１を製作することができる。
【００１９】
積層体１の第１および第２両主面に設けられた一対の接地導体層３は、上記線路部６と外部との間で電磁的なノイズの送受を低減する機能を有している。また、これらの接地導体層３は、線路部６のインピーダンスを所定の値に調整する機能を有している。主線路４および副線路５のそれぞれと接地導体層３との間で静電容量が生じ、この静電容量の大きさに応じて主線路４および副線路５のインピーダンス値が所定の値に調整されている。
【００２０】
接地導体層３は、例えば、銅、銀、パラジウム、白金、タングステン、モリブデンもしくはマンガン等の金属材料、またはこれらの金属材料を含む合金の金属材料により形成されている。これらの金属材料は、メタライズ層やめっき層の形態で積層体１の両主面に設けられている。
【００２１】
接地導体層３は、例えば、銅のメタライズ層からなる場合１であれば、銅の粉末を有機溶剤およびバインダとともに混練して作製した金属ペース１トを、積層体１となるセラミックグリーンシートの所定部位にスクリーン印刷等の方法で印刷し、焼成することによって積層体１の第１および第２両主面に被着させることができる。
【００２２】
なお本実施形態では、接地導体層３は、積層体１の第１および第２両主面のほぼ全域を覆うように（いわゆるベタ状に）設けられている。これにより、上記のような電磁的遮蔽用またはインピーダンス値調整用等の機能が効果的に実現されている。
【００２３】
ただし、接地導体層３は、必ずしも積層体１の第１および第２両主面のほぼ全域を覆うように設けられているものである必要はなく、後述する接続端子等の他の導体の位置、積層体１の焼成時の反り等の変形の低減もしくはその他の設計上の都合、または生産性、経済性等に応じて、適宜非形成部（いわゆるパターンの抜き部分）が設けられたものであっても構わない。
【００２４】
方向性結合器９は、例えば図２に示すように、線路部６の両端がそれぞれ、接続端子７に電気的に接続され、この接続端子７を経て、スイッチ（ＳＷ）、フィルタ素子、アンテナ（ＡＮ）または半導体集積回路素子（ＩＣ）等の回路部品が有する回路と電気的に接続されている。これらの方向性結合器９と回路部品が有する回路とによって、本発明の実施形態の高周波モジュール10が形成されている。回路部品と方向性結合器とを電気的に接続する接続用の回路は、通常、50Ωに設定されている。
【００２５】
高周波モジュールについて、方向性越結合器９および回路部品は、例えばプリント回路基板等の基板に搭載されている。また、スイッチ、フィルタ素子、アンテナ等の回路は、基板に直接設けられた電気回路により構成されたものであってもよい。つまり、方向性結合器９が実装される基板について、スイッチまたはフィルタ等として機能する回路と、この基板に搭載される回路部品間を接続する回路とを有するものであっても構わない。方向性結合器９および回路部品と基板との電気的な接続は、例えばそれぞれの接続用の部位同士をはんだ等の導電性接続材で接続することにより行なわれる。
【００２６】
高周波モジュールは、例えば携帯電話機においてマルチバンド形式の回路を一体的に構成する部分である。このような高周波モジュールが部品として用いられることにより、携帯電話機等の機器の小型化および高機能化がより容易になる。
【００２７】
実施形態の方向性結合器９および高周波モジュール10において、副線路５が、第１のインピーダンス値である50Ωよりも低い第２のインピーダンス値を有する低インピーダンス回路に電気的に接続されている。本実施形態における低インピーダンス回路は、副線路５が電気的に接続されているＩＣの回路であり、例えば約20Ω程度の回路である。すなわち、副線路５は、低インピーダンス回路に接続される低インピーダンス接続部（以下、単に接続部ともいう）を含んでいる。
【００２８】
この副線路５の接続部において、第２主面に設けられた接地導体層３と副線路５との間の距離が、第１主面に設けられた接地導体層３と主線路４との間の距離よりも小さい。言い換えれば、複数の絶縁層２の厚みが互いに同じ程度であるときに、第２主面に設けられた接地導体層３と副線路５との間の絶縁層２の層数が、第１主面に設けられた接地導体層３と主線路４との間の絶縁層２の層数よりも小さい。なお、以下の説明においては、第１（２）主面に設けられた接地導体層３と主（副）線路４（５）との間の距離を、単に接地導体層３と主（副）線路４（５）との間の距離という。
【００２９】
上記のような方向性結合器９によれば、副線路５と接地導体層３との間の距離が、主線路４と接地導体層３との間の距離よりも小さいため、副線路５のうち特に接続部において接地導体層３との間により大きな静電容量が生じる。これにより、接続部における副線路５のインピーダンス値を、主線路４を含む線路部６のインピーダンス値よりも低くすることができる。そのため、方向性結合器９とＩＣ等の低インピーダンス回路を有する素子との間でインピーダンス値が整合される。したがって、インピーダンス整合回路等が不要であり、高周波モジュール10の小型化が容易な方向性結合器を提供することができる。
【００３０】
また、高周波モジュールのフィルタ機能等の機能を高めることも容易であるため、高機能化においても有利である。
【００３１】
また、実施形態の高周波モジュール10は、上記のように小型化等に有利な方向性結合器９を含むことから、小型化等において有利である。
【００３２】
なお、上記の方向性結合器９および高周波モジュール10における線路部６のより具体的な機能等は、例えば下記の通りである。
【００３３】
主線路４は、例えばパワーアンプで増幅された高周波信号を入力し、送受信あるいは通信帯域を切り替えるスイッチ、または高周波信号の高調波等を取り除くフィルタ等へ出力するための信号線路である。方向性結合器から出力された信号は、例えばフィルタで所定の周波数帯域にフィルタリングされ、その後アンテナに伝送されアンテナから外部に送信される。アンテナは、例えば携帯電話機等のアンテナである。
【００３４】
この主線路４に対して副線路５が電磁的に接続されている。主線路４と副線路５との電磁的な接続を利用して、主線路を伝送される信号の一部が副線路に伝送される。副線路５に伝送された信号が、副線路５と電気的に接続されたＩＣ等に伝送されて処理され、主線路４を伝送されている信号レベルがモニターされる。つまり、主線路４を伝送される信号レベルが、副線路５を介して、信号レベルを比較するＩＣに送られる。このＩＣで、例えば設定した信号レベルより入力された信号レベルが低い時はパワーアンプへ出力レベルを上げるようにフィードバックが行われ、信号レベルが高いときは逆となる。この場合、ＩＣに含まれている回路が前述したように約20Ωと比較的低い。そのため、副線路５のうち低インピーダンス回路との接続部が、比較的低インピーダンスとされている。
【００３５】
主線路４および副線路５は、例えば接地導体層３と同様に、銅、銀、パラジウム、白金、タングステン、モリブデンもしくはマンガン等の金属材料、またはこれらの金属材料を含む合金の金属材料により形成されている。これらの金属材料は、メタライズ層やめっき層の形態で積層体１の所定部位に設けられている。
【００３６】
主線路４および副線路５は、例えば、銅のメタライズ層からなる場合であれば、銅の粉末を有機溶剤およびバインダとともに混練して作製した金属ペーストを、積層体１となるセラミックグリーンシートの所定部位にスクリーン印刷等の方法で印刷し、焼成することによって形成することができる。
【００３７】
なお、実施形態の高周波モジュール10においては、副線路５のうちＩＣと接続されている端部と反対側の端部が終端抵抗に接続されている。終端抵抗によって、副線路５を伝送された信号に対する終端処理が行なわれる。終端抵抗の抵抗値は、例えばＩＣと同じ程度の抵抗値に設定されている。
【００３８】
終端抵抗は、セラミックチップ抵抗部品等の独立した回路部品であってもよく、方向性結合器９が実装される上記の基板に形成された抵抗回路（印刷回路等）からなるものであってもよい。
【００３９】
方向性結合器９の主線路４と接地導体層３との間の距離、および副線路５と接地導体層３との間の距離は、副線路５が接続される回路のインピーダンス値、絶縁層２の材料（比誘電率）、副線路５を形成している材料および副線路の幅等の条件に応じて、所定のインピーダンス値なるように適宜設定される。
【００４０】
例えば、主線路４および副線路５が銅のメタライズ層からなり、絶縁層２がホウケイ酸ガラスと酸化アルミニウムとを主成分とするガラスセラミック焼結体（比誘電率8.0）か
らなり、主線路４および副線路５の線幅が75μｍの場合であれば、主線路４と接地導体層３との間の距離は約340〜360μｍに設定される。また、副線路５と接地導体層３との間の距離は約40〜60μｍ程度に設定される。これにより、主線路４のインピーダンスが約50Ωになり、副線路のインピーダンスが約20Ωになる。
【００４１】
図３は、図１に示す方向性結合器の変形例を示す分解斜視図である。図３の例においては、副線路５の全長にわたって、副線路５と接地導体層３との間の距離が、主線路４と接地導体層３との間の距離よりも小さい。また、主線路４および副線路５は、それぞれの両端部がビア導体を介して積層体１の第１主面および第２主面にそれぞれ電気的に導出されている。
【００４２】
副線路５の全長にわたって、そのインピーダンスが比較的低く抑えられているため、例えばＩＣ等の低インピーダンス回路と副線路５との間のインピーダンスの整合においてより有利である。
【００４３】
なお、ビア導体は、一つまたは複数の絶縁層２を厚み方向に貫通している貫通導体である。図３においては、ビア導体について破線を用いて模式的に示している。ビア導体は、例えば絶縁層２となるセラミックグリーンシートに貫通孔を設けておいて、この貫通孔内に接地導体層３を形成するのと同様の金属ペーストを充填し、セラミックグリーンシートと同時焼成することによって設けることができる。貫通孔は、例えば金属ピンを用いた機械的な打ち抜き加工、またはレーザ光を用いた加工等の孔あけ加工によって形成することができる。金属ペーストの貫通孔への充填の際には、真空吸引等の手段を併用して金属ペーストの充填を容易なものとする。
【００４４】
ビア導体のうち第１主面および第２主面に電気的に導出した部分が、方向性結合器９の接続端子７を構成している。接続端子７は、例えばビア導体の端部のみからなるものでもよく、この端部と端部を被覆するメタライズ層等のカバー導体（図示せず）とからなるものでもよい。また、露出表面にニッケルおよび金等のめっき層が被着されているものでもよい。
【００４５】
積層体１の第１および第２主面のそれぞれに、ほぼ全面に設けられている接地導体層３は、ビア導体の端部が位置している部分では、非形成になっている。これにより、ビア導体と接地導体層３とが互いに電気的に短絡する可能性が低減されている。
【００４６】
また、接続端子７が、方向性結合器９が搭載される基板に含まれる接続用の回路の所定部位にはんだ等の導電性接続材を介して接続される。方向性結合器９の接続端子７が接続される上記プリント回路基板等の基板の接続用の回路を介して、同じく基板に搭載される回路部品（抵抗部品およびＩＣ等）等と電気的に接続される。
【００４７】
主線路４および副線路５と基板の接続用の回路との電気的な接続は、必ずしも接続端子７を介して行なわれるものである必要はなく、主線路４または副線路の端部等を積層体１の外表面に露出させて、この露出部分に回路部品が直接に接続されていても構わない。
【００４８】
上記実施形態およびその変形例の方向性結合器９については、低インピーダンス接続部において、複数の絶縁層２のうち第２主面に設けられた接地導体層３と副線路５との間に位置しているものの誘電率が、第１主面に設けられた接地導体層３と主線路４との間に位置しているものの誘電率よりも大きいものであってもよい。この場合には、副線路５と接地導体層３との間に生じる静電容量が、誘電率が比較的高い絶縁層２の介在によって効果的に高められる。そのため、副線路５のインピーダンスを比較的低く抑えることがより容易な方向性結合器９とすることができる。
【００４９】
副線路５と接地導体層３との間の絶縁層３の誘電率を、主線路４と接地導体層３との間の絶縁層３の誘電率よりも大きくする場合、副線路５と接地導体層３との間の絶縁層３を、誘電率が比較的大きい絶縁材料で形成する。例えば、複数の絶縁層２がいずれも、ガラスセラミック焼結体からなる場合であれば、副線路５と接地導体層３との間の絶縁層２に含まれるホウケイ酸ガラス等のガラス成分（比誘電率が約４〜６）の含有率を、主線路４と絶縁層３との間の絶縁層２に含まれるガラス成分の含有率よりも小さくすればよい。言い換えれば、例えば誘電率をより大きくしたい絶縁層２について、誘電率が比較的高い酸化アルミニウム（比誘電率が約８）等の成分がより多く含まれるように設定する。
【００５０】
また、この場合でも、副線路５と接地導体層３との間の絶縁層２の全てについて誘電率が比較的大きいものとする必要はなく、所望の静電容量値（インピーダンス値）に応じて、一部の絶縁層２のみについて、その誘電率を大きくしてもよい。
【００５１】
なお、本発明の方向性結合器および高周波モジュールは、上記実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内であれば種々の変更は可能である。例えば、方向性結合器９は、それぞれ複数の主線路および副線路が互いに対になって（上下対向し合って）一つの積層体設けられたもの（図示せず）であってもよい。
【００５２】
また、主線路４と副線路とについて、いずれか一方の幅を他方の幅よりも広くてもよい。この場合、絶縁層２の積層ずれ等による主線路４と副線路５とのずれの可能性が低減される。
【００５３】
また、複数の絶縁層２の厚みが互いに同じである必要はなく、厚みが互いに異なるものが含まれていてもよい。この場合、主線路４および副線路５のそれぞれと接地導体層３との間の距離は、絶縁層２の層数の多少のみによらず、絶縁層２の厚みの大小によっても調整することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１・・・・積層体
２・・・・絶縁層
３・・・・接地導体層
４・・・・主線路
５・・・・副線路
６・・・・線路部
７・・・・接続端子
９・・・・方向性結合器
10・・・・高周波モジュール
【図１】
2015162729.tif 000003
【図２】
2015162729.tif 000004
【図３】
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