CN208173340U - Lc复合器件以及处理器 - Google Patents

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Abstract

LC复合器件(201)具备电容器部(21)、电感器部(22)以及磁性体部(23)。电容器部(21)由第一基板(11)和通过薄膜工艺形成于第一基板(11)的薄膜电容元件构成，电感器部(22)由第二基板(12)和通过薄膜工艺形成于第二基板(12)的薄膜电感元件构成，磁性体部(23)具备磁性体板(13)，以磁性体部(23)与电感器部(22)接触的位置关系层叠电容器部(21)、电感器部(22)以及磁性体部(23)。

Description

LC复合器件以及处理器
技术领域
本实用新型涉及具备电感器和电容器的LC复合器件、具备该LC复合器件的处理器以及LC复合器件的制造方法。
背景技术
为了使DC/DC转换器等电源装置小型化，尝试了将电源电路所需要的电感器、电容器组装于电源用IC(例如专利文献1、2、3)。
在将线圈组装于IC的情况下，由于难以增大线圈的尺寸，所以如专利文献1、2、3公开那样，为了用小型的线圈得到规定的电感，通过薄膜工艺在基材形成磁性体膜。
专利文献1：日本特开平7-307440号公报
专利文献2：日本特开平9-213894号公报
专利文献3：日本特开2007-288104号公报
然而，在当前的薄膜工艺中，难以形成导磁率高的磁性体膜。因此，存在难以构成具备规定的高电感的电感器的电源电路这一问题。
这样，在通过导体图案形成了电感器和电容器的小型的器件中，尤其难以构成规定的高电感的电感器。
实用新型内容
本实用新型的目的是消除上述问题，提供具备规定的高电感的电感器的LC复合器件、具备该LC复合器件的处理器以及LC复合器件的制造方法。
(1)本实用新型的LC复合器件的特征在于，
具备电容器部、电感器部以及磁性体部，
上述电容器部由第一基板和通过薄膜工艺形成于上述第一基板的薄膜电容元件构成，
上述电感器部由第二基板和通过薄膜工艺形成于上述第二基板的薄膜电感元件构成，
上述磁性体部具备磁性体板，
以上述磁性体部与上述电感器部接触的位置关系层叠了上述电容器部、上述电感器部以及上述磁性体部。
根据上述结构，由烧结体铁素体构成的第三基板与形成于第二基板的薄膜电感元件接近。因此，与形成薄膜磁性体膜的情况相比，可构成小型且具有高电感的电感器部的LC复合器件。
(2)优选上述磁性体部的数量为多个，上述电感器部被上述多个磁性体部夹持。由此，在形成于第二基板的薄膜电感元件的两面形成磁性体的层，提高了薄膜电感器的电感增加效果。
(3)在上述(1)或(2)中，优选在上述磁性体板的表面且通过上述层叠构成的层叠体的外表面，形成有与上述薄膜电容元件以及上述薄膜电感元件分别导通的外部端子。由此，容易形成外部端子。
(4)在上述(1)～(3)中的任意一项中，优选上述第一基板是半导体基板，上述第二基板是玻璃基板，上述磁性体板是磁性体铁素体板。
(5)本实用新型的处理器的特征在于，具备：
包含开关电源电路的开关电路的处理器集成电路和与上述开关电路连接的LC复合器件，
上述LC复合器件具备电容器部、电感器部以及磁性体部，
上述电容器部由第一基板和通过薄膜工艺形成于上述第一基板的薄膜电容元件构成，
上述电感器部由第二基板和通过薄膜工艺形成于上述第二基板的薄膜电感元件构成，
上述磁性体部具备磁性体板，
以上述磁性体部与上述电感器部接触的位置关系层叠了上述电容器部、上述电感器部以及上述磁性体部。
根据上述结构，通过将小型的LC复合器件与处理器集成电路连接，能够作为具备开关电源电路的小型化的处理器利用。
(6)本实用新型的LC复合器件的制造方法的特征在于，包括以下工序：
通过薄膜工艺在第一基板形成薄膜电容元件的工序；
通过薄膜工艺在第二基板形成薄膜电感元件的工序；
在磁性体板形成具有外部端子的导体图案的工序；以及
将由上述第一基板和上述薄膜电容元件构成的电容器部、由上述第二基板和上述薄膜电感元件构成的电感器部、以及由上述磁性体板和上述导体图案构成的磁性体部层叠成为一体的工序。
通过上述各工序，由于电容器部、电感器部以及磁性体部能够分别通过独立的工序制造，所以能够容易分别制作。另外，能够容易地对薄膜电感器形成有效导磁率足够高的磁性体层。
根据本实用新型，由于由烧结体铁素体构成的第三基板与形成于第二基板的薄膜电感元件接近，所以与形成有薄膜磁性体膜的薄膜电感器相比，可构成小型且具有高电感的电感器的LC复合器件。另外，可构成具备开关电源电路的小型化的处理器。
附图说明
图1(A)是第一实施方式的LC复合器件201的分解剖视图，图1 (B)是LC复合器件201的剖视图。
图2是LC复合器件201的分解立体图。
图3是LC复合器件201的电路图。
图4(A)是第二实施方式的LC复合器件202的分解剖视图，图4(B) 是LC复合器件202的剖视图。
图5是LC复合器件202的分解立体图。
图6(A)是第三实施方式的LC复合器件203的分解剖视图，图6(B) 是LC复合器件203的剖视图。
图7是LC复合器件203的分解立体图。
图8是表示针对第四实施方式的处理器的平滑电路的连接构造的示意图。
图9是表示LC复合器件201的安装构造和处理器芯片301的安装构造的图。
图10(A)、图10(B)、图10(C)是表示LC复合器件应用于电源电路的多个应用例的电路图。
具体实施方式
以下，参照附图并举出几个具体例，来表示用于实施本实用新型的多个方式。在各图中对同一位置标注同一附图标记。考虑要点的说明或者理解的容易性，方便起见将实施方式分开来表示，但不同的实施方式中示出的结构可以进行局部置换或组合。在第二实施方式以后，省略与第一实施方式通用的事项的记载，仅说明不同点。特别是同样结构产生的同样作用效果不在每一实施方式中依次提及。
《第一实施方式》
图1(A)是第一实施方式的LC复合器件201的分解剖视图，图1(B) 是LC复合器件201的剖视图。另外，图2是LC复合器件201的分解立体图。
本实施方式的LC复合器件201具备电容器部21、电感器部22以及磁性体部23。电容器部21由第一基板11和通过薄膜工艺形成于第一基板 11的薄膜电容元件TFC构成，电感器部22由第二基板12和通过薄膜工艺形成于第二基板12的薄膜电感元件TFL构成。
如图1(B)所示，LC复合器件201以磁性体部23与电感器部22接触的位置关系，层叠电容器部21、电感器部22以及磁性体部23。
在第一基板11的第一面(在图1(A)、图1(B)、图2所示的朝向下为上表面)通过薄膜工艺形成下部电容器电极32、上部电容器电极34 以及夹在它们之间的电介质层33。在本实施方式中，下部电容器电极32 与第一基板11之间也形成有电介质层33。
在下部电容器电极32、上部电容器电极34以及电介质层33的层叠体的上部形成有绝缘膜50。在该绝缘膜50的表面形成有表面电极51、52。另外，薄膜电容元件TFC具备将上部电容器电极34与表面电极51层间连接的通孔导体41、以及将下部电容器电极32与表面电极52层间连接的通孔导体42。此外，在图2中省略了电介质层33和绝缘膜50的图示。
在第二基板12的第一面(在图1(A)、图1(B)、图2所示的朝向下为上表面)形成有矩形螺旋状的线圈导体图案81。在线圈导体图案81 的线圈卷绕轴(线圈开口的中央)或者其附近形成有表面电极83。在第二基板12的第二面形成有表面电极61、62。另外，在第二基板12分别形成有将表面电极61与表面电极83层间连接的通孔导体71、将表面电极62与线圈导体图案81的外终端层间连接的通孔导体72。
磁性体部23具有磁性体板13。在磁性体板13的第一面(在图1(A)、图1(B)、图2所示的朝向下为上表面)形成有外部端子91、92、93。另外，在磁性体板13分别形成有在与电感器部22层叠的状态下与表面电极 83导通的通孔导体94、与线圈导体图案的内终端导通的通孔导体95、与线圈导体图案的外终端导通的通孔导体96。
上述第一基板11例如是高电阻Si半导体基板，下部电容器电极32 以及上部电容器电极34是通过溅射形成的Pt膜。电介质层33是通过反复旋涂工序和烧制工序而形成的BST(钛酸锶钡，(Ba,Sr)TiO3)的烧结体膜。绝缘膜50是环氧树脂、聚酰亚胺等阻焊剂被旋涂而成的膜。此外，也可以将上部电容器电极与下部电容器电极的组沿层叠方向层叠多组。
形成于下部电容器电极32与第一基板11之间的电介质层33提高下部电容器电极32相对于第一基板11的紧贴强度。
上述第二基板12是玻璃基板。线圈导体图案81、表面电极61、62、 83是通过镀Cu膜的形成及其基于光刻所实现的图案化而形成的。或者是感光性导电膏被图案化而成的。
上述磁性体板13是烧结磁性体铁素体板，外部端子91、92、93以及通孔导体94、95、96是通过Ag膏的印刷形成以及一体烧制而成的。
通过将上述电容器部21、电感器部22以及磁性体部23层叠、加热、加压，从而如图1(B)所示构成它们的层叠体。该层叠体是LC复合器件 201。
在该状态下，电容器部21的表面电极51、52与电感器部22的表面电极61、62导通。另外，电感器部22的表面电极83经由通孔导体94与外部端子93导通，线圈导体图案81的内终端经由通孔导体95与外部端子91导通，线圈导体图案81的外终端经由通孔导体96与外部端子92导通。
若在电容器部21的表面电极51、52的表面或者电感器部22的表面电极61、62的表面涂覆或者形成焊锡、Au凸块、导电膏等导电性部件并层叠、加热、加压，则电容器部21的表面电极51、52与电感器部22的表面电极61、62经由上述导电性部件接合。
另外，若在电感器部22的表面电极83、线圈导体图案的内终端、外终端或者磁性体板13的第二面中的通孔导体94、95、96涂覆或者形成焊锡、Au凸块、导电膏等导电性部件并层叠、加热、加压，则电感器部22 的表面电极83、线圈导体图案的内终端、外终端、与磁性体板13的通孔导体94、95、96经由上述导电性部件接合。
上述电容器部21、电感器部22、磁性体部23各自的厚度为50μm～ 150μm。特别由于能够使各厚度为0.1mm以下，所以能够使LC复合器件的厚度为0.3mm左右，能够构成超薄型(Ultra-Thin)的薄膜器件。另外，构成电容器部21的第一基板11、构成电感器部22的第二基板12以及构成磁性体部23的磁性体板13俯视时都是矩形，它们的外径尺寸大致相等。
图3是LC复合器件201的电路图。电感器L1与上述电感器部22对应，电容器C1与上述电容器部21对应。另外，端子P1、P2、P3分别与上述外部端子91、92、93对应。这里，通过将端子P3与电路的地线(ground) 连接，将端子P1与输入部连接，将端子P2与输出部连接，从而能够作为平滑电路、低通滤波器使用。
根据本实施方式，能够选择分别最适合于电容器部、电感器部、磁性体部的基板材料、电极材料、工序，能够在成为LC复合器件的同时，使各元件的特性最佳化，进而能够实现具有优异的电气特性的复合器件。另外，还起到如下的效果。
(1)由于磁性体的层不是通过薄膜工艺形成的，而是磁性体板(烧结铁素体板)，所以能够形成高导磁率的层。
(2)由于磁性体板13与线圈导体图案81接触，所以磁性体板13作为电感器的磁路发挥作用。即，与电感器部22为单体的情况相比，线圈导体图案81附近的导磁率变高，能够在小型的同时得到规定的高电感。
(3)由于不是在表面粗糙度大的磁性体板形成线圈导体图案并一体烧制，而是在平滑性高的第二基板(玻璃基板)形成线圈导体图案，所以能够高精度形成线圈导体图案。
(4)由于不在磁性体板形成线圈导体图案，所以磁性体板能够轻薄化，无论是否小型、薄型，都能得到具有电感大的电感器的LC复合器件。
《第二实施方式》
在第二实施方式中，说明具备多个磁性体板的LC复合器件。
图4(A)是第二实施方式的LC复合器件202的分解剖视图，图4 (B)是LC复合器件202的剖视图。另外，图5是LC复合器件202的分解立体图。
本实施方式的LC复合器件202具备电容器部21、电感器部22以及磁性体部23。电容器部21由第一基板11和通过薄膜工艺形成于第一基板 11的薄膜电容元件TFC构成，电感器部22由第二基板12和通过薄膜工艺形成于第二基板12的薄膜电感元件TFL构成。
如图4(B)所示，LC复合器件202的电感器部22被磁性体部23、 24夹持。
磁性体部24包括磁性体板14。在磁性体板14的第一面(在图4(A) (B)、图5所示的朝向下为上表面)形成有表面电极111、112，在第二面形成有表面电极101、102。另外，在磁性体板14的内部分别形成有将表面电极101与表面电极111连接的通孔导体121、将表面电极102与表面电极112连接的通孔导体122。
上述磁性体板14是烧结磁性体铁素体板，表面电极101、102、111、112以及通孔导体121、122是通过Cu膏的印刷形成以及一体烧制而成的。其它的结构与第一实施方式所示的LC复合器件201相同。
通过将电容器部21、电感器部22以及磁性体部23、24层叠、加热、加压，从而如图4(B)所示，构成它们的层叠体。该层叠体是LC复合器件202。
在该状态下，电容器部21的表面电极51、52与磁性体板14的表面电极101、102导通，磁性体板14的表面电极111、112与电感器部22的表面电极61、62导通。另外，电感器部22的表面电极83经由通孔导体 94与外部端子93导通，线圈导体图案81的内终端经由通孔导体95与外部端子91导通，线圈导体图案81的外终端经由通孔导体96与外部端子 92导通。
根据本实施方式，由于LC复合器件202的电感器部22被磁性体部 23、24夹持，所以线圈导体图案81附近的导磁率变高，能够在小型的同时得到规定的高电感。另外，通过在电感器部22与电容器部21之间配置磁性体部24，从而在电感器部产生的磁通被磁屏蔽。由此，能够抑制电容器部21的电容器电极等产生涡流。
《第三实施方式》
在第三实施方式中，说明具有遍及多层而形成的线圈导体图案的LC 复合器件。
图6(A)是第三实施方式的LC复合器件203的分解剖视图，图6 (B)是LC复合器件203的剖视图。另外，图7是LC复合器件203的分解立体图。其中，在图7中，为了明示各种导体图案的形成，将第一基板 11、第二基板12以及磁性体板13、14除去来表示。
本实施方式的LC复合器件203具备电容器部21、电感器部22以及磁性体部23。电容器部21由第一基板11和通过薄膜工艺形成于第一基板 11的薄膜电容元件TFC构成，电感器部22由第二基板12和通过薄膜工艺形成于第二基板12的薄膜电感元件TFL构成。
LC复合器件203具备形成有两个线圈导体图案81、82的电感器部 22。如图6(A)、图6(B)所示，电感器部22被磁性体部23、24夹持。
在第二基板12的第一面形成有线圈导体图案81以及表面电极83、 86。在第二基板12的第二面形成有线圈导体图案82以及表面电极84、 87。线圈导体图案81、82都是矩形螺旋状。
另外，在第二基板12分别形成有将表面电极83与作为线圈导体图案 82的内终端的表面电极84连接的通孔导体85、将表面电极86与表面电极87连接的通孔导体88、将线圈导体图案81的外终端与线圈导体图案 82的外终端连接的通孔导体。
在磁性体板14的第二面形成有表面电极101、102。另外，在磁性体板14的内部分别形成有与表面电极101、102导通的通孔导体121、122。其它的结构与第一、第二实施方式相同。
通过将电容器部21、电感器部22以及磁性体部23、24层叠、加热、加压，从而如图6(B)所示，构成它们的层叠体。该层叠体是LC复合器件203。
在该状态下，电容器部21的表面电极51、52与磁性体板14的表面电极101、102导通，磁性体板14的通孔导体121、122与第二基板12的表面电极84、87导通。另外，电感器部22的表面电极83、86、线圈导体图案81的内终端分别经由磁性体板13的通孔导体94、96、95与外部端子93、92、91导通。
根据本实施方式，能够有效利用第二基板12的两面，能够形成匝数多的线圈导体图案，不扩大面积就能够增大电感器部22的电感。
《第四实施方式》
在第四实施方式中，说明本实用新型的处理器的例子。
图8是表示针对第四实施方式的处理器的平滑电路的连接构造的示意图。处理器芯片301例如是应用处理器的芯片，具备开关电源电路的开关电路301D。开关电路301D包括DC/DC转换器的开关元件及其开关控制电路。LC复合器件201设置于处理器芯片301的外部，经由布线图案与开关电路301D连接。
图9是表示LC复合器件201的安装构造和处理器芯片301的安装构造的图。处理器芯片301是裸芯片状态的集成电路，在外部连接用的多个焊盘安装有焊球(SOLDER BALL)SB。另外，在与上述电源电路连接的焊盘安装LC复合器件201。
将安装有焊球SB和LC复合器件201的处理器芯片301安装于印刷布线板401。
图9所示的带LC复合器件201的处理器芯片301例如通过以下的方法得到。
(1)在与处理器芯片分离前的晶圆状态下，在该晶圆上的LC复合器件201的安装位置以外的位置安装焊球SB。
(2)在LC复合器件201的外部端子91、92、93安装焊球，对该焊球添加助焊剂(flux)，或向晶圆侧添加助焊剂，将LC复合器件201安装于晶圆。
(3)通过回流(reflow)工序在晶圆上安装LC复合器件201。
(4)通过切割工序切割晶圆，构成带LC复合器件201的处理器芯片301。
将上述带LC复合器件201的处理器芯片301表面安装于印刷布线板 401，从而LC复合器件201被配置于处理器芯片301与印刷布线板401 的间隙。
此外，也可以将LC复合器件201安装于印刷布线板401侧，使LC 复合器件201经由形成于印刷布线板401的布线图案与处理器芯片301的电源电路连接。
《第五实施方式》
在第五实施方式中，表示LC复合器件应用于电源电路的多个应用例。
图10(A)是降压斩波器的基本电路图。降压斩波器由开关元件Q1、二极管D1、电感器L1以及电容器C1构成，使输入电源E1的电压降压而向负载RL供给规定的电源电压。
在应用于这种类型的电源电路的情况下，由LC复合器件201构成电感器L1以及电容器C1。
图10(B)是升压斩波器的基本电路图。升压斩波器由开关元件Q1、二极管D1、电感器L1以及电容器C1、C2构成，使输入电源E1的电压升压而向负载RL供给规定的电源电压。
在应用于这种类型的电源电路的情况下，由LC复合器件201构成电感器L1以及输入侧的电容器C1。
图10(C)是升降压斩波器的基本电路图。升降压斩波器由开关元件 Q1、二极管D1、电感器L1以及电容器C1构成，使输入电源E1的电压升压或者降压而向负载RL供给规定的电源电压。
在应用于这种类型的电源电路的情况下，由LC复合器件201构成电感器L1以及电容器C1。
以上所示的例子是将LC复合器件应用于开关电源电路的例子，但本实用新型的LC复合器件除了电源电路以外，还可以应用于滤波器、移相器等各种信号处理电路。
最后，上述实施方式的说明的全部内容都是例示而非用于限制。对于本领域技术人员而言可以适当进行变形和改变。本实用新型的范围由技术方案而非上述实施方式表示。并且，本实用新型的范围包含与技术方案等同的含义和范围内的全部改变。
附图标记的说明
C1、C2…电容器；D1…二极管；E1…输入电源；L1…电感器；P1、 P2、P3…端子；Q1…开关元件；RL…负载；SB…焊球；TFC…薄膜电容元件；TFL…薄膜电感元件；11…第一基板；12…第二基板；13、14…磁性体板；21…电容器部；22…电感器部；23、24…磁性体部；32…下部电容器电极；33…电介质层；34…上部电容器电极；41、42…通孔导体；50…绝缘膜；51、52…表面电极；61、62…表面电极；71、72…通孔导体；81、 82…线圈导体图案；83、84、86、87…表面电极；85、88…通孔导体；91、 92、93…外部端子；94、95、96…通孔导体；101、102、111、112…表面电极；121、122…通孔导体；201～203…LC复合器件；301…处理器芯片；301D…开关电路；401…印刷布线板。

Claims (5)

1.一种LC复合器件，其特征在于，
具备电容器部、电感器部以及磁性体部，
上述电容器部由第一基板和形成于上述第一基板的薄膜电容元件构成，
上述电感器部由第二基板和形成于上述第二基板的薄膜电感元件构成，
上述磁性体部具备磁性体板，
以上述磁性体部与上述电感器部接触的位置关系层叠上述电容器部、上述电感器部以及上述磁性体部。
2.根据权利要求1所述的LC复合器件，其特征在于，
上述磁性体部的数量为多个，上述电感器部被上述多个磁性体部夹持。
3.根据权利要求1或2所述的LC复合器件，其特征在于，
在上述磁性体板的表面且通过上述层叠构成的层叠体的外表面，形成有与上述薄膜电容元件以及上述薄膜电感元件分别导通的外部端子。
4.根据权利要求1或2所述的LC复合器件，其特征在于，
上述第一基板是半导体基板，上述第二基板是玻璃基板，上述磁性体板是磁性体铁素体板。
5.一种处理器，其特征在于，具备：
包含开关电源电路的开关电路的处理器集成电路和与上述开关电路连接的LC复合器件，
上述LC复合器件具备电容器部、电感器部以及磁性体部，
上述电容器部由第一基板和形成于上述第一基板的薄膜电容元件构成，
上述电感器部由第二基板和形成于上述第二基板的薄膜电感元件构成，
上述磁性体部具备磁性体板，
以上述磁性体部与上述电感器部接触的位置关系层叠上述电容器部、上述电感器部以及上述磁性体部。
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