JP6288386B2 - 表面実装型lcデバイス - Google Patents

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Description

本発明は、インダクタおよびキャパシタを備える電子部品に関し、特に小型化、薄型化に適した表面実装型LCデバイスに関する。
シリコン基板やアルミナ基板等に、薄膜プロセスによってインダクタとキャパシタが一体的に形成された薄膜型の受動部品(IPD:Integrated Passive Device)が知られている(例えば、特許文献1,2参照)。
特許文献1には、薄膜回路を形成する工程において、薄膜キャパシタの誘電体膜と薄膜インダクタの層間絶縁膜とを同時に成膜することが示されている。
特許文献2には、基板上に第1電極層、誘電体層、第2電極層を順に形成してキャパシタを構成し、その上に磁性膜およびコイルからなる平面インダクタを形成することで、キャパシタとインダクタのアイソレーションを確保することが示されている。
特開平6−53406号公報 特開2001−44778号公報
IPDは薄膜プロセスにより形成される受動部品であるため、厚膜プロセスやシート多層プロセスにより形成される受動部品に比べ、その厚み寸法を大幅に減らすことができる。しかし、特許文献1のように、同一面にインダクタとキャパシタを並べると、必要な基板面積が大きくなってしまい、薄膜型受動部品の大型化は避けられない。
一方、特許文献2のように、基板上にキャパシタを形成し、その上にインダクタを形成すると、必要な基板面積は小さくなるが、インダクタ用コイルの磁束をキャパシタ用電極が遮る構造となるので、キャパシタ用電極に渦電流が生じ、インダクタのQ値が劣化する。また、入出力端子からキャパシタまでの距離が長くなるため、寄生インダクタンス成分が生じ、特に高周波回路における損失が大きくなってしまう。
このようなIPDにおいても、例えばモバイル端末の電源回路や高周波回路用に、複数のインダクタを組み込んだアレイ型デバイスが要求されることがある。しかし、省スペースに複数のコイルパターンを形成すると、コイルパターン間で大きな不要結合が生じてしまうことがある。また、IPDがプリント配線板に表面実装される際、プリント配線板に形成されているグランド導体等の導体パターンとIPD内のコイルパターンとの距離が、IPDとプリント配線板との高さ精度に応じてばらつき、それに伴って各インダクタのインダクタンスがばらついてしまうことがある。
本発明の目的は、複数のインダクタを備え、各インダクタのQ値の劣化を抑え、各インダクタ間での結合を制御した、表面実装型LCデバイスを提供することにある。
(1)本発明の表面実装型LCデバイスは、
第1面を有する基板と、
それぞれコイル状導体パターンで構成された複数のインダクタと、
面状電極によって構成されたキャパシタと、
前記キャパシタと複数の前記コイル状導体パターンの間に配置された第1絶縁層とを有し、
前記面状電極は、前記基板の平面視で、複数の前記コイル状導体パターンのうち、互いに近接し且つ電流方向が互いに逆関係にある第1領域を覆う、
ことを特徴とする。
上記構成により、面状電極に流れる渦電流が抑制されて、インダクタのQ値の劣化が抑えられる。また、薄膜キャパシタおよび薄膜インダクタの形成領域の、平面視での面積が縮小化される。
(2)前記面状電極が覆う面積のうち、前記基板の平面視で、複数の前記コイル状導体パターンのうち、互いに近接し且つ電流方向が同方向である第2領域の総面積に対し、前記第1領域の総面積の割合が大きいことが好ましい。これにより、面状電極が大きくても面状電極に流れる渦電流が抑制されて、インダクタのQ値の劣化が抑えられる。また、隣接するコイル状導体パターンによるインダクタ同士を結合させる磁束が面状導体によって遮られることで、インダクタ同士の結合が面状電極によって抑制される。
(3)上記(1)または(2)において、前記第1領域は、複数の前記コイル状導体パターンのうち、互いに並列的に近接する領域であることが好ましい。これにより、面状電極に流れようとする渦電流は効果的に相殺されて、インダクタのQ値の劣化が効果的に抑えられる。
(4)上記(1)から(3)のいずれかにおいて、前記面状電極を覆う第2絶縁層と、前記第2絶縁層の表面に形成され、前記キャパシタおよび前記複数のインダクタに接続された複数の端子電極と、を有することが好ましい。これにより、薄膜インダクタ形成側ではなく、薄膜キャパシタ形成側に端子電極が形成されているので、薄膜キャパシタはプリント配線板(実装基板)に形成されている回路に最短距離で配置でき、寄生インダクタンスが低減される。
(5)上記(4)において、前記複数のインダクタおよび前記キャパシタはそれぞれ第1端と第2端を有し、前記キャパシタの第1端と前記複数のインダクタの第2端とはそれぞれ接続され、前記複数の端子電極は、前記キャパシタの第1端、前記キャパシタの第2端、前記複数のインダクタの第1端にそれぞれ接続された複数の端子電極を含むことが好ましい。これにより、複数のインダクタと共用のキャパシタとで時定数の異なるローパスフィルタや平滑回路が選択的に使用可能となる。
(6)上記(1)から(5)のいずれかにおいて、前記基板は高抵抗半導体基板であり、前記インダクタは、薄膜プロセスによって形成された薄膜インダクタであり、前記キャパシタは、薄膜プロセスによって形成された薄膜キャパシタである、ことが好ましい。これにより、薄型、小型の表面実装型LCデバイスが構成される。
(7)上記(1)から(6)のいずれかにおいて、前記基板の平面視で、前記キャパシタは、複数の前記コイル状導体パターンの開口部の、少なくとも一部を覆わない位置に配置されていることが好ましい。これにより、インダクタのQ値の劣化が効果的に抑制される。
(8)上記(1)から(6)のいずれかにおいて、前記基板の平面視で、複数の前記コイル状導体パターンは、前記キャパシタと重ならない部分を有することが好ましい。これにより、コイル状導体パターンの全体がキャパシタに重なることによる渦電流の問題が解消され、インダクタのQ値の劣化が効果的に抑制される。
本発明によれば、複数のインダクタを備え、各インダクタのQ値の劣化を抑え、各インダクタ間での結合を制御した、表面実装型LCデバイスが得られる。
図1(A)は第1の実施形態に係る表面実装型LCデバイス101の平面図であり、図1(B)は図1(A)におけるA−Aラインでの縦断面図である。 図2(A)は表面実装型LCデバイス101の平面図、図2(B)は図1(B)におけるP1−P1の層から視た平面図、図2(C)は図1(B)におけるP2−P2の層から視た平面図である。 図3(A)は図1(A)におけるA−Aラインでの断面図、図3(B)は図1(A)におけるB−Bラインでの断面図、図3(C)は図1(A)におけるC−Cラインでの断面図、図3(D)は図1(A)におけるD−Dラインでの断面図、図3(E)は図1(A)におけるE−Eラインでの断面図である。 図4は表面実装型LCデバイス101の回路図である。 図5(A)(B)は、面状電極22による作用効果について示す図である。 図6(A)は第2の実施形態に係る表面実装型LCデバイス102の平面図、図6(B)は図6(A)におけるB−Bラインでの断面図である。 図7(A)は表面実装型LCデバイス102の平面図、図7(B)は図6(B)におけるP1−P1の層から視た平面図、図7(C)は図6(B)におけるP2−P2の層から視た平面図である。 図8(A)(B)は、面状電極22による作用効果について示す図である。
以降、図を参照して幾つかの具体的な例を挙げて、本発明を実施するための複数の形態を示す。各図中には同一箇所に同一符号を付している。要点の説明または理解の容易性を考慮して、便宜上実施形態を分けて示すが、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能である。第2の実施形態以降では第1の実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。
《第1の実施形態》
図1(A)は第1の実施形態に係る表面実装型LCデバイス101の平面図であり、図1(B)は図1(A)におけるA−Aラインでの縦断面図である。但し、図1(A)に表れる面はプリント配線板等への表面実装する際の実装面である。図2(A)は表面実装型LCデバイス101の平面図、図2(B)は図1(B)におけるP1−P1の層から視た平面図、図2(C)は図1(B)におけるP2−P2の層から視た平面図である。また、図3(A)は図1(A)におけるA−Aラインでの断面図、図3(B)は図1(A)におけるB−Bラインでの断面図、図3(C)は図1(A)におけるC−Cラインでの断面図、図3(D)は図1(A)におけるD−Dラインでの断面図、図3(E)は図1(A)におけるE−Eラインでの断面図である。
表面実装型LCデバイス101は、基板10と、4つのインダクタと、面状電極によって構成されるキャパシタとを備える。基板10は第1面S1を有し、この基板10の第1面S1に、コイル状導体パターン70A,70B,70C,70Dが形成されている。これらコイル状導体パターン70A,70B,70C,70Dによって4つの薄膜インダクタが構成される。
基板10の第1面S1およびコイル状導体パターン70A,70B,70C,70Dの上層には第1絶縁層21が覆われている。第1絶縁層21の上部には面状電極22、24および誘電体層23が形成されている。この面状電極22、24および誘電体層23によって薄膜キャパシタが構成される。
第1絶縁層21の上面および面状電極22,24の上層には、第2絶縁層25が覆われている。この第2絶縁層25の表面には端子電極51A,51B,51C,51D,52,53,54,55がそれぞれ形成されている。
コイル状導体パターン70A,70B,70C,70Dそれぞれの一方端はビア61A,61B,61C,61Dを介して端子電極51A,51B,51C,51Dに接続されている。面状電極22はビア41を介して端子電極52に接続されていて、面状電極24はビア42を介して端子電極53に接続されている。端子電極54,55は空き端子(ノンコネクト端子)である。
以上に示した表面実装型LCデバイスの製造方法の一例を次に示す。
(1)基板10としてノンドープSi基板等の高抵抗半導体基板を用意する。
(2)基板10の第1面S1にCuめっき膜を形成し、そのCuめっき膜をフォトリソグラフィによりパターンニングすることにより、コイル状導体パターン70A,70B,70C,70Dを形成する。
(3)エポキシやポリイミド等のソルダーレジスト膜をスピンコートすることによって、第1絶縁層21を形成する。
(4)Cu等による下部面状電極22、有機誘電体材料による誘電体層23,Cu等による上部面状電極24を、この順に形成する。
(5)エポキシやポリイミド等のソルダーレジスト膜をスピンコートすることによって、第2絶縁層25を形成する。
(6)第2絶縁層25の表面にCuめっき膜を形成し、そのCuめっき膜をフォトリソグラフィによりパターンニングすることにより、端子電極51A,51B,51C,51D,52,53,54,55を形成する。
(7)端子電極51A,51B,51C,51D,52,53,54,55の表面に、無電解Ni/Auめっき膜を形成する。
(8)上記(1)〜(7)は、ウエハー単位で処理がなされ、最終的に単一の部品(個片)に分割する。
図4は表面実装型LCデバイス101の回路図である。図4において、ポートP1,P2,P3,P4は上記端子電極51A,51B,51C,51Dにそれぞれ対応し、ポートP5,P6は上記端子電極52,53にそれぞれ対応する。表面実装型LCデバイス101は、ポートP5−P6間に接続されたキャパシタC1と、ポートP1〜P4とポートP5との間に接続されたインダクタL1〜L4とで構成される。
本実施形態の表面実装型LCデバイス101は、ポートP6をグランド電位、ポートP1〜P4を入力ポート、ポートP5を出力ポートとする、ローパスフィルタまたは平滑回路として作用する。
図5(A)(B)は、面状電極22による作用効果について示す図である。図5(A)は、或る位相でのコイル状導体パターン70A,70B,70C,70Dに流れる電流の向きを示す図である。図5(A)中、矢印は電流の流れる方向を示す。図5(B)は上記コイル状導体パターン70A,70B,70C,70Dに流れる電流によって面状電極22に誘導される影像電流の経路および方向を表す図である。図5(A)(B)において、基板の平面視で、複数のコイル状導体パターン70A,70B,70C,70Dのうち、互いに並列的に近接し且つ電流方向が互いに逆関係にある第1領域Zab1,Zbd1,Zdc1,Zca1を破線で示している。面状電極22は、これら第1領域Zab1,Zbd1,Zdc1,Zca1を覆う。そのため、面状電極22に流れる影像電流ia,ib,ic,idは、第1領域Zab1,Zbd1,Zdc1,Zca1で近接して、それぞれ相殺される。したがって、コイル状導体パターン70A,70B,70C,70Dに面状電極22がコイル巻回軸方向(基板10の厚み方向)に近接しているにもかかわらず、面状導体に生じる渦電流は抑制される。
本実施形態によれば、次のような効果を奏する。
薄膜キャパシタおよび薄膜インダクタの形成領域の、平面視での面積が縮小化される。また、薄膜インダクタ形成側ではなく、薄膜キャパシタ形成側に端子電極51A,51B,51C,51D,52,53,54,55がそれぞれ形成されているので、薄膜キャパシタはプリント配線板(実装基板)に形成されている回路に最短距離で配置でき、寄生インダクタンスが低減される。そのため、寄生インダクタンスと薄膜キャパシタとのLC直列共振の共振周波数は使用周波数帯より高くでき、そのことで広帯域に亘ってローパスフィルタ特性または平滑特性を得ることができる。
また、面状導体に流れようとする渦電流は抑制されるので、Q値の高い薄膜インダクタが構成される。
《第2の実施形態》
第2の実施形態では、各インダクタに流れる電流の方向およびキャパシタ形成用の面状導体の形状が第1の実施形態とは異なる例を示す。
図6(A)は表面実装型LCデバイス102の平面図、図6(B)は図6(A)におけるB−Bラインでの断面図である。図7(A)は表面実装型LCデバイス102の平面図、図7(B)は図6(B)におけるP1−P1の層から視た平面図、図7(C)は図6(B)におけるP2−P2の層から視た平面図である。
表面実装型LCデバイス102は、基板10と、4つのインダクタと、面状電極によって構成されるキャパシタとを備える。基板10は第1面S1を有し、この基板10の第1面S1に、コイル状導体パターン70A,70B,70C,70Dが形成されている。これらコイル状導体パターン70A,70B,70C,70Dによって4つの薄膜インダクタが構成される。
基板10の第1面S1およびコイル状導体パターン70A,70B,70C,70Dの上層には第1絶縁層21が覆われている。第1絶縁層21の上部には面状電極22、24および誘電体層23が形成されている。この面状電極22、24および誘電体層23によって薄膜キャパシタが構成される。
第1絶縁層21の上面および面状電極22,24の上層には、第2絶縁層25が覆われている。その第2絶縁層25の表面に端子電極51A,51B,51C,51D,52,53,54,55がそれぞれ形成されている。
コイル状導体パターン70A,70B,70C,70Dそれぞれの一方端はビア61A,61B,61C,61Dを介して端子電極51A,51B,51C,51Dに接続される。面状電極22はビア41を介して端子電極52に接続され、面状電極24はビア42を介して端子電極53に接続される。端子電極54,55は空き端子(ノンコネクト端子)である。
本実施形態の表面実装型LCデバイス102の回路図は、第1の実施形態の表面実装型LCデバイス101と同様に、図4に示すとおりである。
図8(A)(B)は、面状電極22による作用効果について示す図である。図8(A)は、或る位相でのコイル状導体パターン70A,70B,70C,70Dに流れる電流の向きを示す図である。図8(A)中、矢印は電流の流れる方向を示す。図8(B)は上記コイル状導体パターン70A,70B,70C,70Dに流れる電流によって面状電極22に誘導される影像電流の経路および方向を表す図である。図8(A)(B)において、基板の平面視で、複数のコイル状導体パターン70A,70B,70C,70Dのうち、互いに直列的に近接し且つ電流方向が互いに逆関係にある第1領域Zab1,Zbd1,Zdc1,Zca1を破線で示している。面状電極22は、これら第1領域Zab1,Zbd1,Zdc1,Zca1を覆う。そのため、面状電極22に流れる影像電流ia,ib,ic,idは、第1領域Zab1,Zbd1,Zdc1,Zca1で近接して、それぞれ相殺される。したがって、コイル状導体パターン70A,70B,70C,70Dに面状電極22がコイル巻回軸方向(基板10の厚み方向)に近接しているにもかかわらず、面状導体に生じる渦電流は抑制される。
なお、図8(B)において、影像電流が近接して同方向に流れる第2領域Zab2,Zbd2,Zdc2,Zca2も示している。これら第2領域の総面積に対し、上記第1領域Zab1,Zbd1,Zdc1,Zca1の総面積の割合が大きいことが好ましい。これにより、面状電極が大きくても面状電極に流れる渦電流が総合的には抑制されて、インダクタのQ値の劣化が抑えられる。また、隣接するコイル状導体パターンによるインダクタ同士を結合させる磁束が面状導体によって遮られることで、インダクタ同士の結合が面状電極によって抑制される。
本実施形態によれば、第1の実施形態と同様に、薄膜キャパシタおよび薄膜インダクタの形成領域の、平面視での面積が縮小化される。また、薄膜キャパシタの寄生インダクタンスが低減される。そのため、寄生インダクタンスと薄膜キャパシタとのLC直列共振の共振周波数は使用周波数帯より高くでき、そのことで広帯域に亘ってローパスフィルタ特性または平滑特性を得ることができる。また、面状導体に流れようとする渦電流は抑制されるので、Q値の高い薄膜インダクタが構成される。
《他の実施形態》
第1、第2の実施形態では、Si基板である基板10の表面に導体パターン70を直接形成したが、Si基板の表面にSiO2等の保護膜を形成し、その表面に導体パターン70を形成してもよい。
第1の実施形態では、高抵抗Si基板を基板として用いた例を示したが、ガラス基板やアルミナセラミック基板等であってもよい。
第1の実施形態では、有機層間絶縁膜であるソルダーレジスト膜で第1絶縁層21および第2絶縁層25を形成する例を示したが、プラズマCVD法等によって無機絶縁膜を形成してもよい。また、絶縁樹脂シートの貼付によって絶縁膜を形成してもよい。
第1、第2の実施形態では、4つのコイル状導体パターンを備える表面実装型LCデバイスを例示したが、本発明は、2,3,5以上のコイル状導体パターンを備える表面実装型LCデバイスに同様に適用できる。
また、第1、第2の実施形態では、インダクタが基板に近い層(端子電極から離れた層)に形成され、キャパシタが基板から離れた層(端子電極に近い層)に形成された例を示したが、これとは逆に、キャパシタが基板に近い層(端子電極から離れた層)に形成され、インダクタが基板から離れた層(端子電極に近い層)に形成されてもよい。
最後に、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではない。当業者にとって変形および変更が適宜可能である。例えば、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能である。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
C1…キャパシタ
ia,ib,ic,id…影像電流
L1〜L4…インダクタ
P1〜P6…ポート
S1…第1面
Zab1,Zbd1,Zdc1,Zca1…第1領域
Zab2,Zbd2,Zdc2,Zca2…第2領域
10…基板
21…第1絶縁層
22,24…面状電極
23…誘電体層
25…第2絶縁層
41,42…ビア
51A,51B,51C,51D,52,53,54,55…端子電極
61A,61B,61C,61D…ビア
70A,70B,70C,70D…コイル状導体パターン
101,102…表面実装型LCデバイス

Claims (7)

  1. 第1面を有する基板と、
    それぞれコイル状導体パターンで構成された複数のインダクタと、
    面状電極によって構成されたキャパシタと、
    前記キャパシタと複数の前記コイル状導体パターンの間に配置された第1絶縁層とを有し、
    前記面状電極は、前記基板の平面視で、複数の前記コイル状導体パターンのうち、互いに近接し且つ電流方向が互いに逆関係にある第1領域を覆
    前記基板の平面視で、前記キャパシタは、複数の前記コイル状導体パターンの開口部の、少なくとも一部を覆わない位置に配置されている、
    ことを特徴とする、表面実装型LCデバイス。
  2. 前記面状電極が覆う面積のうち、前記基板の平面視で、複数の前記コイル状導体パターンのうち、互いに近接し且つ電流方向が同方向である第2領域の総面積に対し、前記第1領域の総面積の割合が大きい、請求項1に記載の表面実装型LCデバイス。
  3. 前記第1領域は、複数の前記コイル状導体パターンのうち、互いに並列的に近接する領域である、請求項1または2に記載の表面実装型LCデバイス。
  4. 前記面状電極を覆う第2絶縁層と、
    前記第2絶縁層の表面に形成され、前記キャパシタおよび前記複数のインダクタに接続された複数の端子電極と、
    を有する、請求項1から3のいずれかに記載の、表面実装型LCデバイス。
  5. 前記複数のインダクタおよび前記キャパシタはそれぞれ第1端と第2端を有し、
    前記キャパシタの第1端と前記複数のインダクタの第2端とはそれぞれ接続され、
    前記複数の端子電極は、前記キャパシタの第1端、前記キャパシタの第2端、前記複数のインダクタの第1端にそれぞれ接続された複数の端子電極を含む、請求項4に記載の表面実装型LCデバイス。
  6. 前記基板は高抵抗半導体基板であり、
    前記インダクタは、薄膜インダクタであり、
    前記キャパシタは、薄膜キャパシタである、請求項1から5のいずれかに記載の表面実装型LCデバイス。
  7. 前記基板の平面視で、複数の前記コイル状導体パターンは、前記キャパシタと重ならない部分を有する、請求項1から6のいずれかに記載の表面実装型LCデバイス。
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