JP3541330B2

JP3541330B2 - Multi-layer thin film LC filter and capacitor value adjusting method

Info

Publication number: JP3541330B2
Application number: JP23021695A
Authority: JP
Inventors: 英州菅原; 秀文船木
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 1995-09-07
Filing date: 1995-09-07
Publication date: 2004-07-07
Anticipated expiration: 2015-09-07
Also published as: JPH0983283A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多連薄膜ＬＣフィルター及び該多連薄膜ＬＣフィルターにおけるキャパシター値調整方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の多連薄膜ＬＣフィルターとしては、工程の複雑さ、コストが高い、等の問題があり余り使われていなかった。主に使用されている複合ＬＣ部品としては印刷技術を使って絶縁体と導体を交互に積層した後、焼結してインダクター及びキャパシターを形成してＬＣフィルターを構成するチップ素子等が挙げられる。あるいは、誘電率εが３０〜１００程度のセラミックスを共振器とした誘電体フィルターがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの素子は高さが１ｍｍ程度あり、より一層の小型化には適応できず、各チップ素子を一個一個表面実装しなくてはならないなどの工数がかかった。更に、薄膜インダクタンス素子として、螺旋コイル、スパイラルコイル、ミアンダーコイルなど各種コイル形状が検討されているが、これらのコイルはミアンダーコイルを除いて作製工程が多く、量産という観点ではコストが高いという問題があった。
【０００４】
更に、従来のインダクターやＬＣフィルター等は、インダクタンス及びキャパシタンス値を設計値に合わせて作製するが、個々に素子の特性は高精度でもそれを組み込んだ完成品では所定の値からの偏差が必ず存在した。また、チップ部品ではインダクタンスやキャパシタンス値を変更しようにも導体パターンは焼結された絶縁体又は磁性体で覆われており、レーザートリミング等で切断するとか電極面積を増やそうにも調整は不可能であった。
【０００５】
本発明の課題は、上記問題点を解消し、インダクター及びキャパシターの導体及び電極を同一平面内に作製して工程の簡素化及び製造コストの低減を計り、素子を積層しないで薄膜化可能な多連薄膜ＬＣフィルターを提供することである。
【０００６】
本発明の他の課題は、インダクタンス値及びキャパシタンス値の調整をレーザートリミング法又はレジスト等誘電体の塗布法で容易に微調整し、広い周波数帯域で精度良い多連薄膜ＬＣフィルターを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、基板上に金属導体の空心コイルを成膜して形成されるインダクターと、あらかじめ同一平面内に対向して配置された金属薄膜からなる平行電極間に所定の誘電率を有する誘電体を前記基板上に塗布若しくは成膜することによって形成されるキャパシターとで構成され、前記平行電極が、対向面積を増加させるべく、所定の曲率を有する円弧を連続的に描くように形成されていることを特徴とする多連薄膜ＬＣフィルターが得られる。
【０００８】
さらに、本発明によれば、前記空心コイルが、インダクタンスを増加させるべく、所定の曲率を有する円弧を連続的に描くように形成されていることを特徴とする多連薄膜ＬＣフィルターが得られる。
【０００９】
さらに、本発明によれば、前記空心コイルと前記平行電極が同一平面上にあることを特徴とする多連薄膜ＬＣフィルターが得られる。
【００１０】
又、本発明によれば、基板上に金属導体の空心コイルを成膜して形成されるインダクターと、あらかじめ同一平面内に対向して配置された金属薄膜からなる平行電極間に所定の誘電率を有する誘電体を前記基板上に塗布若しくは成膜することによって形成されるキャパシターとで構成され、前記平行電極間の誘電体を削り取るか、若しくは新たに誘電体を塗布することによって、前記キャパシターのキャパシター値を調整することを特徴とする多連薄膜ＬＣフィルターにおけるキャパシター値調整方法が得られる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の構成及び作用を図面に基づいて説明する。本発明は薄膜技術を用いてシリコン基板、低温焼成セラミックスなどのセラミックス配線板、ガラスエポキシ等のプリント配線板、又はポリイミドなどの樹脂絶縁層の上に、インダクター及びキャパシターとして形成された薄膜素子等の導体パターンが電極又はコイルとして応用できるように考案されたものである。
【００１４】
図１には同一平面内にコイル１と平行電極２が形成されてなる３連ＬＣフィルターが示されている。コイル１は空心からなるインダクター、平行電極２はキャパシターであり、平行電極２間の電極間スペース４には誘電体６（図３参照）が成膜又は塗布されている。即ち、コイル１及びキャパシターを構成する平行電極２は、キャパシタンス及びインダクタンスを増加させるために所定の曲率を有する円弧を連続的に描いて形成されている。尚、平行電極２は図２に示すようなくし型形状にしてもよい。又、コイルの形状は、図２に示すように半円状にしてもよい。上記した構成の３連薄膜ＬＣフィルター素子では、平行電極２間の誘電体６を、レーザー等のトリミング手段により削り取ったり、あるいは塗布することによって、キャパシター値を調整することができる。
【００１５】
以下、本発明の第１の実施の形態例について説明する。図３は本発明の多連薄膜ＬＣフィルターのキャパシタンス部分の縦断面図である。図１に示す第１の実施の形態における多連薄膜ＬＣフィルターは、図３に示すように、基板８の上にコイル１を導体厚み１０μｍ、幅１００μｍとしてスパッタリング法等の成膜技術で成膜したものである。各コイルのインダクタンスは５ｎＨである。平行電極２は厚みが１０μｍのＣｕ電極導体５を電極間スペースを３０μｍとして基板８上に形成する。このスペースに誘電体として誘電率εが１００のＴｉＯ₂をスパッタリング法等の成膜技術で成膜し、この成膜した誘電体６とＣｕ電極導体５のギャップにはレジスト等の塗布型誘電体７を挿入して塗布する。又は、Ｃｕ電極エッジをエッチングでなだらかにしてＣｕ電極導体５と誘電体６の薄膜の密着を良くする。図１の場合は電極面積が０．１３ｍｍ²であり、キャパシタンスは１０ｐＦとなった。
【００１６】
このような多連薄膜ＬＣフィルターの両サイドに測定用電極パッド３を設け、リード線のインダクタンスの影響がでないようにこのパッド部分でキャリブレーションを行った結果、図４に示すようにフィルター特性は１．３ＧＨｚに共振点を有し、共振点より高い周波数でのゲインは−２０ｄＢ程度の良好な周波数特性が得られた。これは本発明からなる多連薄膜ＬＣフィルターが良好なフィルター特性を有していることを意味している。
【００１７】
次に、本発明の第２の実施の形態例について説明する。まず、上記した第１の実施の態様と同様の条件で図２に示すように、多連薄膜ＬＣフィルターを成膜する。各コイルのインダクタンスは２ｎＨ、電極面積は０．０８ｍｍ²でありキャパシタンスは５ｐＦである。この多連薄膜ＬＣフィルターのフィルター特性は、図５に示すように２．４ＧＨｚに共振周波数を有し、良好な周波数特性を示した。
【００１８】
次に、本発明の第３の実施の形態例について説明する。ここでは、コイルの浮遊容量の調整のため、図６に示したように誘電率がε＝２．１の低誘電率材料９をコイルの上から塗布し、コイル１と基板との間に成膜し、コイルの浮遊容量を低減した。その結果、コイルの浮遊容量は通常の１ｐＦから０．５ｐＦに低減させた。更に、キャパシタンス部分２はその電極間スペースを１０μｍとし、誘電率５００の誘電体薄膜１０をそのスペースに成膜した。キャパシタンス値は１．５〜２．７ｐＦであり、共振周波数は３．５ＧＨｚで共振周波数以上でのゲインは−２５ｄＢと改善された。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、薄膜ＬＣフィルターがあらかじめ平面内に相対向して配置された金属薄膜導体をキャパシタンス素子としているため、素子の厚みを金属導体程度の１〜１０μｍと薄くでき、更にキャパシタンス素子の特性の補正も誘電体の除去及び追加により容易に行える。更に、電極間スペースをより一層狭くし、対向面積を広くすることで高キャパシタンスを得ることができる。
【００２０】
このような特徴を有する多連薄膜ＬＣフィルターは、多層基板の中に挿入することによりこれまで基板の表面積を占めていたＳＭＤチップ素子に変わることができ、デバイス機器の更なる小型化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における多連薄膜ＬＣフィルターの構造を示した図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態における多連薄膜ＬＣフィルターの構造を示した図である。
【図３】多連薄膜ＬＣフィルターのキャパシタンス部分の縦断面図である。
【図４】多連薄膜ＬＣフィルターのゲインの周波数特性を示したグラフである。
【図５】多連薄膜ＬＣフィルターのゲインの周波数特性を示したグラフである。
【図６】本発明の第３の実施の形態における多連薄膜ＬＣフィルターの構造を示した図である。
【符号の説明】
１コイル
２平行電極
３測定用電極パッド
４電極間スペース
５Ｃｕ電極導体
６誘電体
７塗布型誘電体
８基板
９低誘電率材料
１０誘電体薄膜[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a multiple thin film LC filter and a method for adjusting a capacitor value in the multiple thin film LC filter.
[0002]
[Prior art]
Heretofore, this type of multiple-layered thin film LC filter has not been used much because of problems such as complicated process and high cost. As a composite LC component mainly used, there is a chip element or the like which forms an inductor and a capacitor by alternately laminating insulators and conductors by using a printing technique and then forms an LC filter by sintering. Alternatively, there is a dielectric filter using a ceramic having a dielectric constant ε of about 30 to 100 as a resonator.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, these devices have a height of about 1 mm, cannot be adapted to further miniaturization, and require a lot of man-hours such that each chip device must be surface-mounted one by one. Further, as the thin-film inductance element, various coil shapes such as a spiral coil, a spiral coil, and a meander coil have been studied. However, these coils have many manufacturing steps excluding the meander coil, and are expensive in terms of mass production. There was a problem.
[0004]
Furthermore, conventional inductors, LC filters, etc. are manufactured by adjusting the inductance and capacitance values to the design values, but even if the characteristics of the individual elements are high precision, there is always a deviation from the specified value in the finished product incorporating them. did. Also, in the case of chip components, the conductor pattern is covered with a sintered insulator or magnetic material to change the inductance and capacitance values, so it is not possible to adjust by cutting by laser trimming etc. or increasing the electrode area. there were.
[0005]
An object of the present invention is to solve the above problems, to simplify the process and reduce the manufacturing cost by manufacturing conductors and electrodes of an inductor and a capacitor on the same plane, and to reduce the number of layers without stacking elements. It is to provide a continuous thin film LC filter.
[0006]
Another object of the present invention is to provide a multi-layer thin film LC filter which can easily fine-tune the adjustment of the inductance value and the capacitance value by a laser trimming method or a coating method of a dielectric such as a resist, and has a high accuracy in a wide frequency band. is there.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, a predetermined dielectric constant is provided between an inductor formed by forming an air-core coil of a metal conductor on a substrate and a parallel electrode made of a metal thin film that is previously arranged in the same plane so as to face each other. A capacitor formed by applying or depositing a dielectric on the substrate, wherein the parallel electrodes are formed so as to continuously draw an arc having a predetermined curvature so as to increase the facing area. Thus, a multi-layer thin film LC filter is obtained.
[0008]
Further, according to the present invention, there is provided a multiple-layer thin-film LC filter, wherein the air-core coil is formed so as to continuously draw an arc having a predetermined curvature in order to increase inductance.
[0009]
Further, according to the present invention, there is provided a multiple thin-film LC filter, wherein the air-core coil and the parallel electrode are on the same plane.
[0010]
Further, according to the present invention, a predetermined dielectric constant is provided between an inductor formed by forming an air-core coil of a metal conductor on a substrate and a parallel electrode made of a metal thin film which is previously arranged in the same plane so as to face each other. And a capacitor formed by applying or forming a film of a dielectric material on the substrate, and by shaving off the dielectric material between the parallel electrodes or by applying a new dielectric material, According to the present invention, a method of adjusting a capacitor value in a multiple-layer thin film LC filter, which comprises adjusting a capacitor value, is obtained.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The configuration and operation of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention uses a thin film technology, such as a silicon substrate, a ceramic wiring board such as low-temperature fired ceramics, a printed wiring board such as glass epoxy, or a thin film element formed as an inductor and a capacitor on a resin insulating layer such as polyimide. The conductor pattern is designed so that it can be applied as an electrode or a coil.
[0014]
FIG. 1 shows a triple LC filter in which a coil 1 and a parallel electrode 2 are formed in the same plane. The coil 1 is an inductor composed of an air core, the parallel electrode 2 is a capacitor, and a dielectric 6 (see FIG. 3) is formed or coated on an interelectrode space 4 between the parallel electrodes 2. That is, the coil 1 and the parallel electrode 2 constituting the capacitor are formed by continuously drawing an arc having a predetermined curvature in order to increase the capacitance and the inductance. Incidentally, the parallel electrode 2 may have a strip shape as shown in FIG. Further, the shape of the coil may be semicircular as shown in FIG. In the triple thin film LC filter element having the above configuration, the capacitor value can be adjusted by shaving off or applying the dielectric 6 between the parallel electrodes 2 by trimming means such as a laser.
[0015]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a longitudinal sectional view of a capacitance portion of the multiple thin film LC filter of the present invention. As shown in FIG. 3, the multiple-layer thin film LC filter according to the first embodiment shown in FIG. 1 is formed by forming a coil 1 on a substrate 8 with a conductor thickness of 10 μm and a width of 100 μm by a film forming technique such as a sputtering method. It was done. The inductance of each coil is 5 nH. The parallel electrode 2 is formed by forming a Cu electrode conductor 5 having a thickness of 10 μm on a substrate 8 with a space between the electrodes of 30 μm. In this space, TiO ₂ having a dielectric constant ε of 100 is formed as a dielectric by a film forming technique such as a sputtering method, and a gap between the formed dielectric 6 and the Cu electrode conductor 5 is coated with a coating type dielectric such as a resist. 7. Insert and apply. Alternatively, the edge of the Cu electrode is gently etched to improve the adhesion between the Cu electrode conductor 5 and the thin film of the dielectric 6. In the case of FIG. 1, the electrode area was 0.13 mm ² , and the capacitance was 10 pF.
[0016]
As a result of providing measurement electrode pads 3 on both sides of such a multi-layered thin film LC filter and performing calibration at these pads so as not to be affected by the inductance of the lead wire, as shown in FIG. It has a resonance point at 1.3 GHz, and the gain at a frequency higher than the resonance point has a good frequency characteristic of about -20 dB. This means that the multiple thin film LC filter according to the present invention has good filter characteristics.
[0017]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. First, as shown in FIG. 2, a multiple thin-film LC filter is formed under the same conditions as in the first embodiment. The inductance of each coil is ² nH, the electrode area is 0.08 mm ² , and the capacitance is 5 pF. As shown in FIG. 5, the filter characteristics of the multiple thin-film LC filter had a resonance frequency at 2.4 GHz, and exhibited good frequency characteristics.
[0018]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. Here, in order to adjust the stray capacitance of the coil, as shown in FIG. 6, a low dielectric constant material 9 having a dielectric constant of ε = 2.1 is applied from above the coil, and formed between the coil 1 and the substrate. Films reduced the stray capacitance of the coil. As a result, the stray capacitance of the coil was reduced from normal 1 pF to 0.5 pF. Further, the capacitance portion 2 has a space between the electrodes of 10 μm, and a dielectric thin film 10 having a dielectric constant of 500 is formed in the space. The capacitance value was 1.5 to 2.7 pF, the resonance frequency was 3.5 GHz, and the gain above the resonance frequency was improved to -25 dB.
[0019]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the thin-film LC filter uses a metal thin-film conductor that is previously arranged in a plane to face each other as a capacitance element, the thickness of the element is 1 to 10 μm, which is about the metal conductor. The thickness can be reduced, and the characteristics of the capacitance element can be easily corrected by removing and adding the dielectric. Further, a high capacitance can be obtained by further narrowing the space between the electrodes and widening the facing area.
[0020]
The multi-layered thin film LC filter having such characteristics can be replaced with an SMD chip element that previously occupies the surface area of the substrate by inserting it into a multilayer substrate, and further miniaturization of device equipment is possible. is there.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a structure of a multiple thin film LC filter according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a structure of a multiple thin film LC filter according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view of a capacitance portion of a multiple thin film LC filter.
FIG. 4 is a graph showing a frequency characteristic of a gain of the multiple thin film LC filter.
FIG. 5 is a graph showing a frequency characteristic of a gain of the multiple thin film LC filter.
FIG. 6 is a diagram showing a structure of a multiple-layer thin film LC filter according to a third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Coil 2 Parallel electrode 3 Measurement electrode pad 4 Space between electrodes 5 Cu electrode conductor 6 Dielectric 7 Coating type dielectric 8 Substrate 9 Low dielectric constant material 10 Dielectric thin film

Claims

基板上に金属導体の空心コイルを成膜して形成されるインダクターと、あらかじめ同一平面内に対向して配置された金属薄膜からなる平行電極間に所定の誘電率を有する誘電体を前記基板上に塗布若しくは成膜することによって形成されるキャパシターとで構成され、
前記平行電極が、対向面積を増加させるべく、所定の曲率を有する円弧を連続的に描くように形成されていることを特徴とする多連薄膜ＬＣフィルター。A dielectric having a predetermined dielectric constant is placed on the substrate between an inductor formed by forming an air-core coil of a metal conductor on a substrate and a parallel electrode made of a metal thin film which is arranged in the same plane so as to face each other. And a capacitor formed by applying or forming a film on the
The multiple thin film LC filter, wherein the parallel electrodes are formed so as to continuously draw an arc having a predetermined curvature so as to increase the facing area.

前記空心コイルが、インダクタンスを増加させるべく、所定の曲率を有する円弧を連続的に描くように形成されていることを特徴とする請求項１記載の多連薄膜ＬＣフィルター。The multi-layer thin film LC filter according to claim 1, wherein the air-core coil is formed so as to continuously draw an arc having a predetermined curvature to increase inductance.

前記空心コイルと前記平行電極が同一平面上にあることを特徴とする請求項１又は２記載の多連薄膜ＬＣフィルター。The multiple thin film LC filter according to claim 1, wherein the air-core coil and the parallel electrode are on the same plane.

基板上に金属導体の空心コイルを成膜して形成されるインダクターと、あらかじめ同一平面内に対向して配置された金属薄膜からなる平行電極間に所定の誘電率を有する誘電体を前記基板上に塗布若しくは成膜することによって形成されるキャパシターとで構成され、
前記平行電極間の誘電体を削り取るか、若しくは新たに誘電体を塗布することによって、前記キャパシターのキャパシター値を調整することを特徴とする多連薄膜ＬＣフィルターにおけるキャパシター値調整方法。A dielectric having a predetermined dielectric constant is placed on the substrate between an inductor formed by forming an air-core coil of a metal conductor on a substrate and a parallel electrode made of a metal thin film which is arranged in the same plane so as to face each other. And a capacitor formed by applying or forming a film on the
A method of adjusting a capacitor value in a multiple thin film LC filter, wherein a capacitor value of the capacitor is adjusted by scraping off a dielectric between the parallel electrodes or applying a new dielectric.