CN1145257C - Lc振荡器 - Google Patents

Abstract

提供一种在基板上形成的情况下也可以振动的LC振荡器。LC振荡器构成为包括晶体管、电容器和电感元件30。电感元件30具有在半导体基板3的表面形成的形状几乎相同的2个螺旋形导体1、2。上层导体1的外周端(外围端)和内周端(中心端)分别连接有引线6a、6b，上层导体1的外周端和下层导体2的内周端由连接线6c连接。上层导体1作为电感导体工作，经在其两端连接的引线6a、6b，连接到在半导体基板3上形成的LC振荡器的其它结构部件。

Description

LC振荡器

技术领域

本发明涉及在半导体基板等各种基板上形成的LC振荡器。

技术背景

众所周知，利用薄膜成形技术在半导体基板上形成螺旋形状的图形，作为电感元件利用该图形的半导体电路。由于在这样的半导体基板上形成的电感元件流过电流时，在螺旋形状的图形的垂直方向上产生磁通，该磁通在半导体基板表面产生涡流而消除有效磁通，所以存在不能作为电感元件有效工作的问题。特别是，在电感元件上流过的信号频率越高，该倾向就越明显，因此，难以在半导体基板上形成作为共振元件含有电感元件的LC振荡器。

发明的公开

本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种在基板上形成的情况下也可振动的LC振荡器。

本发明的LC振荡器构成为包括夹有绝缘层重叠形成2个导体，连接各导体的端之间，同时作为电感导体使用上层导体的电感元件。通过实验确认，在基板上形成具有这样结构的电感元件，也不会被涡流等消除电感成分，具有规定电感，通过作为LC振荡器的一部件使用该电感元件，在基板上形成LC振荡器的情况下也可以振荡。

作为上述基板最好使用半导体基板。特别是，若可以在半导体基板上形成有效工作的电感元件，则由于可以在半导体基板上形成含有电感元件的LC振荡器的各结构部件，所以不用使用外置部件，可以在半导体基板上一体形成整个LC振荡器。

最好上述2个导体形成为几乎同一形状的长件形状。利用同一形状，上层导体与基板表面不直接对置，所以可以降低直接对置时在基板上产生的涡流。另外，通过使2个导体形状为长件形状，可使上层导体具有规定电感。特别是，在导体形成为大于1周的螺旋形状或S形状时，可以具有大电感，所以适用于较低频振荡频率的LC振荡器。另外，在导体形成为小于1周的环绕形状或几乎直线形状时，由于电感比形成为螺旋形状等降低，所以适用于高振荡频率的LC振荡器。

另外，将2个导体形成为螺旋形状的情况下，最好连接一导体的内周端和另一导体的外周端。通过实验确认，通过进行这样的连接，在基板上形成电感导体的状态下，可以确保更大电感，因此，可以实现在基板上有效工作的电感元件。

另外，上述电感元件适用于具有电感成分和电容成分的复合元件。该电感元件具有相互重叠的2个导体，其特性还包含电容成分，所以通过作为组合电感和电容器使用的LC振荡器的一部件，可以有效利用该电感元件的特性。

附图简述

图1是表示一实施例的LC振荡器的结构的电路图。

图2是表示图1所示的LC振荡器所含的电感元件的平面结构的图。

图3是表示图2所示的2个导体的连接状态的图。

图4是图2的IV-IV线放大截面图。

图5是表示LC振荡器的输出特性的测定结果的图。

图6是表示LC振荡器的输出特性的测定结果的图。

图7是表示LC振荡器的输出特性的测定结果的图。

图8是表示LC振荡器的输出特性的测定结果的图。

图9是表示LC振荡器的输出特性的测定结果的图。

图10是表示LC振荡器的输出特性的测定结果的图。

图11是表示电感元件所含的导体的变形例的图。

实施发明的最佳例

以下，参考附图具体说明适用本发明的一实施例的LC振荡器。

图1是表示一实施例的LC振荡器的结构的电路图。图1所示的LC振荡器10构成为包括晶体管20、在该晶体管20的基极和发射极之间连接的电容器22、在发射极和集电极之间连接的电容器24、在基极和集电极之间串联的电容器26和、电感元件30。

该LC振荡器中，2个电容器22、24的电容设定为晶体管20的端子间电容的几十倍，经电容器26连接电感元件30。

具有上述结构的本实施例的LC振荡器10是改善了科耳皮兹电路的克拉拨电路。LC振荡器10中，由于确定振荡频率的共振电路的电容器与串联连接电容器22、24、26等价，所以与没有相当于电容器26的电容器的科耳皮兹电路相比，可以增大电容器22和24的电容。从而，在电容器20的端子间电容变化的情况下，也不会给共振电路的共振频率带来大影响，可以提高振荡频率的稳定性。

图2是表示本实施例的LC振荡器10所包含的电感元件30的平面结构的图。电感元件30具有在半导体基板3的表面形成的2个螺旋形导体1、2。

这些2个导体1、2的形状几乎相同，如图2所示，从半导体基板3的表面侧看时，成为上层的一导体1和成为下层的另一导体2形成为几乎重叠。各导体1、2由铝和金等金属薄膜、或有机硅聚合物等半导体材料形成。

图3是表示上述2个导体1、2的连接状态的图。如图3所示，上层导体1的外周端(外围端)和内周端(中心端)分别连接有引线6a、6b，上层导体1的内周端和下层导体2的外周端由连接线6c连接。

上层导体1起电感导体作用，经在其两端连接的引线6a、6b，与在半导体基板3上形成的LC振荡器10的其它结构部件连接。

图4是图2的I-I线放大截面图。如图4所示，在半导体基板3的表面形成绝缘层4，在其上面的一部分形成螺旋形导体2。另外，在绝缘层4和导体2的上面形成绝缘层5，在其上面形成导体1。

本实施例的LC振荡器10所含的电感元件30具有上述结构，由于在分别与上层导体1的两端连接的2个引线6a、6b之间出现规定电感，所以可以作为电感导体使用该上层导体1。另外，通过在该上层导体1的下侧形成与该导体1的形状几乎相同的导体2，用连接线6c连接各导体的端之间，在作为电感导体使用上层导体1时，可以抑制在半导体基板3的表面产生涡流，可使上层导体1作为电感导体有效工作。从而，可以在半导体基板3上一体形成并集成化含有电感元件30的整个LC振荡器10。

接着，说明为了类推上述本实施例的电感元件30的特性而进行比较实验的结果。

图5是表示使用具有与电感元件30所含的导体1相同形状的1层电极的电感元件而构成LC振荡器时的输出特性的测定结果的图。用于该输出特性的测定的电感元件为在厚度0.13mm、介电常数3.17的绝缘部件的表面形成图形厚度1mm、环绕的图形的邻接间隔为0.2mm、匝数为5匝的电极。另外，图5(后述的图6和图10也同样)的纵轴表示以对数表示的输出振幅，横轴表示以对数表示的输出信号的频率。如图5所示，通过将由这样的1层电极构成的电感元件从其它导体基板或半导体基板充分分开的状态下使LC振荡器工作，观察到119MHz的振荡频率。

图6是使用测定图5所示的输出特性所用的电感元件，将作为导体基板的铜板渐渐接近该电感时的LC振荡器的输出特性的图。如图6所示，使用由1层电极构成的电感元件而振荡的状态下，若将铜板渐渐接近该电感元件，则振荡频率从118MHz变高为139MHz、168MHz、198MHz，若夹上厚度3.17mm的绝缘材料而贴紧电极和铜板，则观察到振荡停止。

像这样，使用只形成1层螺旋形电极的电感元件，在该铜板上形成时，LC振荡器停止振荡。这是因为具有由1层电极构成的电感元件的电感接近铜板而变小。作为在接近铜板时电感变小的原因，认为在电极输入信号时产生的磁通使铜板表面产生涡流而消除该磁通。

图7是表示使用具有与图2所示的电感元件30所含的2个导体1、2相同形状和配置的2层电极的电感元件构成LC振荡器时的输出特性的测定结果的图。另外，图8是表示使用具有与电感元件30所含的2个导体1、2相同形状和配置的2层电极的电感元件，将该电感元件贴紧在铜板时的LC振荡器的输出特性的图。

用于这些测定的电感元件的结构为对在图5和图6示出测定结果的电感元件追加了与图2所示的导体2对应的电极。另外，在该电感元件贴紧铜板的情况下，经充分薄的绝缘部件，配置了下层的电极和铜板。

使用了对置配置具有螺旋形状的2层电极的电感元件的LC振荡器在将该电感元件从其它导电性部件充分分离的状态下，如从图7所示的测定结果可知，具有70MHz左右的振荡频率。该振荡频率比使用了由图5所示的1层电极构成的电感元件时的振荡频率(119MHz)还低是因为由2层电极构成的电感元件作为具有电感成分和电容成分的复合元件工作，所以该电容成分降低含有电感元件的共振电路的共振频率。

另外，在将具有上述2层电极的电感元件贴紧在铜板的状态下，如图8所示，振荡频率(127MHz)偏离，但确认了振荡现象相同。这表示通过使用具有上述电极的2重结构的电感元件，即使贴紧铜板，其电感成分也不消失，维持作为电感导体的功能。

像这样，将形成螺旋形状的2层电极的电感元件在其1侧(与作为电感导体使用的电极相反侧)贴紧铜板，该电感成分不消失而作为电感导体工作，使用该电感元件的LC振荡器维持振荡。从而，通过使用基本上相同结构的本实施例的电感元件30，在半导体基板3上形成了以该电感导体30为首的LC振荡器10的各结构部件的情况下，也可使LC振荡器10进行振荡。

另外，本发明不限于上述实施例。在本发明的要旨内可以进行各种变形。例如，图2和图3所示的电感元件10经连接线6c相互连接上层导体1的内周端和下层导体2的外周端，但也可以相反，相互连接上层导体1的外周端和下层导体2的内周端。另外，在允许电感元件的电感小到一定程度时，也可以连接导体1、2的各外周端之间，或各内周端之间。

图9是表示在与图2所示的电感元件30所含的2个导体1、2相同形状和配置具有2层电极，使用连接这些各电极的外周端之间的电感元件构成LC振荡器时的输出特性的测定结果的图。另外，图10是表示在用于测定图9所示的特性的电感元件贴紧铜板时的LC振荡器的输出特性的测定结果的图。如这些图所示，使用了相互连接2个电极的外周端之间的电感元件的LC振荡器中，通过贴紧铜板，其振荡频率从117MHz变化到171MHz，但不停止而维持振动。

另外，上述实施例中，由于在电感元件30所含的2个导体1、2形成为螺旋形状，所以可以实现具有大电感的电感元件30，但也可以将2个导体1、2形成为S形(图11(A))。另外，在作为高频振荡器的一部件使用该电感元件30时，由于小电感就足够，所以减少导体1、2的匝数而形成为小于1匝(图11(B))，或形成为几乎直线形状(图11(C))。

另外，上述实施例中，2个导体1、2的形状设定为几乎相同，但也可以设定为不同形状。例如，也可以将下层导体2的匝数设定为比上层导体1的匝数还多。像这样，在上层导体1的下侧配置整个或一部分下层导体2时，由于上层的导体1与半导体基板3不直接对置，所以可以有效防止上层导体1产生涡流。

另外，上述实施例中，通过在半导体基板3上形成2个导体1、2而形成电感元件30，但还可以实现在金属等导体基板上形成了2个导体1、2的电感元件30。从图8等所示的实验结果，可以确认在该情况下也可以作为电感元件30有效工作，使LC振荡器振荡。只要可以贴紧在导体基板上而形成电感元件30，还可以在金属制等屏蔽壳等表面配置电感元件30，从而容易确保电感元件的设置空间。

另外，上述实施例中，适用作为LC振荡器使用克拉拨电路的场合，但也可以使用利用电感和电容器的共振而振荡的其它LC振荡器，例如科耳皮兹电路等。在该情况下，通过作为在LC振荡器所含的电感元件使用具有在图2等所示的结构的电感元件，可以实现在半导体基板上或导体基板上振荡的LC振荡器。

产业上的可用性

如上所述，根据本发明，在基板上重叠形成2个导体，通过连接各导体的端之间，可以作为具有规定电感的电感导体使用上层导体，从而作为LC振荡器的一部件使用该电感元件，因此，在基板上形成了LC振荡器的情况下也可以振荡。特别是，根据本发明，由于可以在半导体基板上实现有效工作的电感元件，所以可以集成化以前不可以的含有电感的整个LC振荡器。

Claims (9)

1.一种使用在基板上形成的电感元件的LC振荡器，其特征在于：

上述电感元件具有相互绝缘的状态下重叠在基板的一侧上形成的两个导体，其中一个导体的一端与另一个导体的相反端相连，此外，导体的上层用作电感导体。

2.如权利要求1所述的LC振荡器，其特征在于：

上述基板为半导体基板，在形成有上述电感元件的上述基板上形成结构部件。

3.如权利要求1所述的LC振荡器，其特征在于：

上述两个导体具有几乎同一形状。

4.如权利要求1所述的LC振荡器，其特征在于：

上述两个导体具有长件形状，连接各导体的纵向方向的端之间。

5.如权利要求1所述的LC振荡器，其特征在于：

上述两个导体具有匝数小于1的环绕形状，连接各导体的端之间。

6.如权利要求1所述的LC振荡器，其特征在于：

上述两个导体具有匝数大于1的螺旋形状，连接各导体的端之间。

7.如权利要求1所述的LC振荡器，其特征在于：

上述两个导体形成为几乎直线形状，连接各导体的端之间。

8.如权利要求1所述的LC振荡器，其特征在于：

上述两个导体形成为S形，连接各导体的端之间。

9.如权利要求1所述的LC振荡器，其特征在于：

具有上层的上述导体的电感成分和、上述两个导体之间的电容成分。

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