DE69931670T2

DE69931670T2 - Hochfrequenzinduktivität mit hohem Q-Faktor

Info

Publication number: DE69931670T2
Application number: DE69931670T
Authority: DE
Inventors: Toshiakira Andoh; Makoto Sakakura; Toshifumi Nakatani; Kouji Takinami; Yukio Hiraoka
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1998-12-11
Filing date: 1999-12-08
Publication date: 2006-09-21
Anticipated expiration: 2019-12-09
Also published as: EP1498913A1; DE69921430T2; EP1008997A1; EP1008997B1; DE69931670D1; US20020067236A1; US6664882B2; DE69921430D1; US20040041680A1; EP1498913B1; US6891462B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spule mit einem hohem Q-Wert zur Verwendung bei Hochfrequenz in einem integrierten Halbleiterschaltkreis (IC).
Eine herkömmliche Spule wird mit Verweis auf 9 beschrieben. In 9 bezeichnet Verweiszeichen 1 einen Spulenabschnitt, 2 bezeichnet einen in der ersten Schicht gebildeten Ziehanschluss, 3 bezeichnet einen in der zweiten Schicht gebildeten Ziehanschluss, 5 bezeichnet eine Verbindung zwischen der ersten und zweiten Schicht, 7 bezeichnet einen Zwischenschichtfilm, und 8 bezeichnet einen Glättungsfilm.
Das heißt, bei der herkömmlichen Spule ist der Spulenabschnitt aus einer einzigen Schicht aufgebaut, und die zweite Schicht wird für den Ziehanschluss zur Verbindung mit anderen Komponenten benutzt.
Als eine der Eigenschaften einer Spule ist allgemein bekannt, dass, um einen hohen Induktionswert zu erreichen, die Leitungslänge der Spule erhöht werden muss.
Wenn jedoch bei der obigen herkömmlichen Konstruktion die Leitungslänge erhöht wird, um einen großen Induktionswert zu erhalten, erhöht sich die Serienwiderstandskomponente in-folge des Widerstandes eines Verdrahtungsmaterials, das die Spule bildet, was eine Verringerung des Q-Wertes der Spule zur Folge hat.
Des Weiteren neigt die erhöhte Leitungslänge der Spule dazu, die Größe der ganzen Spule zu erhöhen.
US-A-4404100 legt eine Einrichtung und Verfahren zum diskreten und fortschreitenden Trimmen einer Spulenvorrichtung, die im Wesentlichen flache Spiralenwicklungen umfasst, die auf den gegenüberliegenden Seiten eines Substrats angeordnet sind. Die Wicklungen sind in derselben Richtung gewunden, wenn sie von einer Seite des Substrats betrachtet werden, wobei sich eine Wicklung abwickelt und die andere aufwickelt. Die inneren Enden der Wicklungen treffen durch das Substrat zusammen, um die Wicklungen in Serie zu verbinden. Die äußeren enden der Wicklungen sehen Anschlüsse für die Spule vor.
EP-A-0 484 558 beschreibt eine Hochfrequenz-Spulenvorrichtung, die auf einem isolieren-den Substrat gebildete, streifenartige Spulenleiter umfasst. Die Spulenvorrichtung enthält eine Vielzahl dieser streifenartigen Spulenleiter, die in vielen Schichten angeordnet und parallel geschaltet sind. Die streifenartigen Spulenleiter sind so angeordnet, dass ein elektrischer Strom, der durch die Leiter der verschiedenen Schichten fließt, die gleiche Richtungin entsprechenden Leiterabschnitten aufweist.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Hochfrequenz-Spulenvorrichtung bereitzustellen.
Die Merkmale von Anspruch 1, die durch 4 und 5 beispielhaft dargestellt werden, erreichen dieses Ziel.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Spule von Ausführung 1, die zum Verstehen der vorliegenden Erfindung nützlich ist.
2 zeigt eine Spule von Ausführung 2, die zum Verstehen der vorliegenden Erfindung nützlich ist.
3 zeigt eine Spule von Ausführung 3, die zum Verstehen der vorliegenden Erfindung nützlich ist.
4 zeigt eine Spule von Ausführung 4 der vorliegenden Erfindung.
5 ist eine schematische Ansicht, die eine andere erfindungsgemäße Spule veranschaulicht.
6 ist eine schematische Ansicht, die noch eine andere erfindungsgemäße Spule veranschaulicht.
7 ist eine Grafik, die einen Vergleich der vorliegenden Erfindung mit einer herkömmlichen Spule zeigt.
8 ist eine andere Grafik, die einen Vergleich der vorliegenden Erfindung mit der herkömmlichen Spule zeigt.
9 zeigt eine herkömmliche Spule.
Beschreibung von Ausführungsformen
Ausführungen der vorliegenden Erfindung werden mit Verweis auf die relevanten Zeichnungen beschrieben.
1 zeigt die erste Ausführung der Hochfrequenzspule mit hohem Q-Wert, die zum Verstehen der vorliegenden Erfindung nützlich ist. In 1 bezeichnet Verweiszeichen 11 einen Mäandertyp-Erstschicht-Spulenabschnitt (der "Spulenabschnitt", wie hierin gebraucht, entspricht einem in den Ansprüchen zu rezitierenden "Spulenelement"), 12 und 13 bezeichnen Erstschicht-Ziehanschlüsse, 14 bezeichnet einen Zweitschicht-Spulenabschnitt, 15 und 16 bezeichnen Verbindungen zwischen der ersten und zweiten Schicht, 17 bezeichnet einen Zwischenschichtfilm, und 18 bezeichnet einen Glättungsfilm.
Jeder der Verbindungen 15 und 16 besteht aus neun Kontaktabschnitten mit je einer Größe von z.B. etwa 1 μm².
In dieser Ausführung ist daher der Spulenabschnitt, der herkömmlich unter Verwendung nur einer Schicht gebildet wird, eine Zweischicht-Struktur, wo Spulenabschnitte in der ersten und zweiten Schicht gebildet und miteinander parallel geschaltet sind.
Der obige Aufbau macht es möglich, eine Hochfrequenzspule mit hohem Q-Wert zu erhalten, die das herkömmliche Problem des Aufweisens einer großen Serienwiderstandskomponente bei niedriger Frequenz und hoher Frequenz und somit eines verringerten Q-Wertes überwindet, durch Erhöhen des Querschnitts und Unterdrücken der Verringerung des Q-Wertes, die andernfalls infolge eines Hauteffekts bei Hochfrequenz auftritt.
Man sollte beachten, dass die erste und zweite Schicht über die ganzen Spulenabschnitte parallel geschaltet werden können.
2 zeigt die zweite Ausführung der Hochfrequenzspule mit hohem Q-Wert, die zum Ver-stehen der vorliegenden Erfindung nützlich ist. In 2 bezeichnet Verweiszeichen 21 einen spiralförmigen Erstschicht-Spulenabschnitt, 22 bezeichnet einen Erstschicht-Ziehsanschluss, 23 bezeichnet einen spiralförmigen Zweitschicht-Spulenabschnitt, 24 bezeichnet einen in der dritten Schicht gebildeten Ziehanschluss von dem Zweitschicht-Spulenabschnitt 23, 25 und 26 bezeichnen Verbindungen zwischen der ersten und zweiten Schicht, 27 und 28 bezeich-nen einen Zwischenschichtfilm, 29 bezeichnet einen Glättungsfilm, und 210 bezeichnet eine Verbindung zwischen der zweiten und der dritten Schicht. Der Erstschicht-Leiterabschnitt 22 und der Zweitschicht-Leiterabschnitt 23 sind in der gleichen Richtung gewunden.
In dieser Ausführung ist daher der Spulenabschnitt, der herkömmlich unter Verwendung nur einer Schicht gebildet wird, eine Zweischicht-Struktur, wo die Spulenabschnitte 22 und 23 in der ersten bzw. zweiten Schicht gebildet und miteinander parallel geschaltet sind. Dieser Aufbau macht es möglich, eine Hochfrequenzspule mit hohem Q-Wert zu erhalten, die das herkömmliche Problem des Aufweisens einer großen Serienwiderstandskomponente bei niedriger Frequenz und hoher Frequenz und somit eines verringerten Q-Wertes überwindet, durch Erhöhen des Querschnitts und Unterdrücken der Verringerung des Q-Wertes, die an-dernfalls infolge eines Hauteffekts bei Hochfrequenz auftritt.
Man sollte beachten, dass die erste und zweite Schicht über die ganzen Spulenabschnitte parallel geschaltet werden können.
Bei dieser Ausführung wurde die Dreischicht-Spule exemplifiziert. Es ist auch möglich, eine ähnliche Struktur zu konstruieren, die aus vier oder mehr Schichten besteht, wobei ein Ziehanschluss in der unteren Schicht gebildet wird.
3 zeigt die dritte Ausführung der Hochfrequenzspule mit hohem Q-Wert, die zum Verstehen der vorliegenden Erfindung nützlich ist. In 3 bezeichnet Verweiszeichen 31 einen spiralförmigen Erstschicht-Spulenabschnitt, 32 bezeichnet einen Erstschicht-Ziehsanschluss, 33 bezeichnet einen spiralförmigen Zweitschicht-Spulenabschnitt, 34 bezeichnet einen Zweitschicht-Ziehanschluss, 35 bezeichnet Verbindungen zwischen der ersten und zweiten Schicht, 37 bezeichnet einen Zwischenschichtfilm, und 38 bezeichnet einen Glättungsfilm.
Der erste und zweite Spulenabschnitt sind miteinander parallel geschaltet.
Die Ausführung 3 ist dadurch gekennzeichnet, dass der Zweitschicht-Ziehanschnluss 34 unter Verwendung der Schicht gebildet wird, in der der Zweitschicht-Spulenabschnitt 33 gebildet ist. Um zu verhindern, dass der Zweitschicht-Spulenabschnitt 33 mit dem Ziehan-schluss 34 in der gleichen Schicht in Kontakt ist, wird der Zweitschicht-Spulenabschnitt 33 an den Stellen abgeschnitten, wo der Ziehanschluss 34 kreuzt. Die abgeschnittenen Enden des Spulenabschnitts 33 sind über die Verbindungen 35 mit dem Erstschicht-Spulenab-schnitt 31 verbunden. Durch diesen Aufbau kann der Zweitschicht-Leiterabschnitt 33 als ein im Wesentlichen spiralförmiger Spulenabschnitt dienen.
In dieser Ausführung ist daher der Spulenabschnitt, der herkömmlich unter Verwendung nur einer Schicht gebildet wird, eine Zweischicht-Struktur, wo Spulenabschnitte in der ersten und zweiten Schicht gebildet und miteinander parallel geschaltet sind. Ferner werden die Spulenabschnitte in den Schichten gebildet, in denen die Ziehanschlüsse gebildet werden. Als Folge ist es möglich, auch in einem Prozess, wo eine kleinere Zahl von Verdrahtungsschichten benutzt wird, eine Hochfrequenzspule mit hohem Q-Wert zu erhalten, die das herkömm-liche Problem des Aufweisens einer großen Serienwiderstandskomponente bei niedriger Frequenz und hoher Frequenz und somit eines verringerten Q-Wertes überwindet, durch Erhöhen des Querschnitts und Unterdrücken der Verringerung des Q-Wertes, die an-dernfalls infolge eines Hauteffekts bei Hochfrequenz auftritt.
Die Ausführung 3 ist somit dadurch gekennzeichnet, dass einer der Ziehanschlüsse unter Verwendung der Verdrahtungsschicht für den Spulenabschnitt gebildet wird, was sich von Ausführung 2 unterscheidet, wo die Schicht zum Bilden des Ziehanschlusses getrennt bereitgestellt wird.
Man sollte beachten, dass die erste und zweite Schicht über die ganzen Spulenabschnitte parallel geschaltet werden können.
Bei dieser Ausführung wurde die Zweischicht-Spule exemplifiziert. Es ist auch möglich, eine ähnliche Struktur zu konstruieren, die aus drei oder mehr Schichten besteht, wobei ein Ziehanschluss in irgendeiner der Schichten gebildet wird. In diesem Fall können Teile eines Spulenabschnitts, an denen der Ziehanschluss kreuzt, mit einem angrenzenden oberen oder unteren Spulenabschnitt verbunden werden.
7 und 8 sind Grafiken, die einen Vergleich von Leistungen der erfindungsgemäßen Zweischicht-Spule und einer herkömmlichen Einschicht-Spule zeigen.
7 ist eine Grafik, die durch Plotten einer Änderung des Widerstandes (R) in Bezug auf die Länge (L) erhalten wird. Aus dieser Grafik ist zu ersehen, dass R in der erfindungsgemäßen Zweischicht-Spule kleiner ist.
8 ist eine Grafik, die durch Plotten einer Änderung des Q-Wertes (Q) in Bezug auf die Länge (L) erhalten wird. Aus dieser Grafik ist zu ersehen, dass Q in der erfindungsgemäßen Zweischicht-Spule größer ist.
4 zeigt die vierte Ausführung der Hochfrequenzspule mit hohem Q-Wert entsprechend der vorliegenden Erfindung. In 4 bezeichnet Verweiszeichen 41 einen spiralförmigen Erstschicht-Spulenabschnitt, 42 bezeichnet einen Erstschicht-Ziehanschluss, 43 bezeichnet eine Verbindung zwischen der ersten und zweiten Schicht, 44 bezeichnet einen spiralförmigen Zweitschicht-Spulenabschnitt, 45 bezeichnet eine Verbindung zwischen der zweiten und dritten Schicht, 46 bezeichnet einen spiralförmigen Drittschicht-Spulenabschnitt, 47 bezeichnet eine Verbindung zwischen der dritten und vierten Schicht, 48 bezeichnet einen spiralförmigen Viertschicht-Spulenabschnitt, 49 bezeichnet einen Viertschicht-Ziehanschluss, 410, 411 und 412 bezeichnen Zwischenschichtfilme und 413 bezeichnet einen Glättungsfilm.
In dieser Ausführung sind angrenzende Spulenabschnitte miteinander verbunden. Das heißt, die Mitten oder die äußeren Enden der aneinandergrenzenden Spulenabschnitte sind miteinander verbunden. Diese Spulenabschnitte sind daher miteinander in Reihe geschaltet.
Bei dieser Ausführung haben der Zweitschicht- und der Viertschicht-Spulenabschnitt eine Form, die gegenüber der des Erstschicht- und Drittschicht-Spulenabschnitts umgekehrt auf den Kopf gestellt ist. Durch diese Anordnung sind die Richtungen der durch die jeweiligen Spulenabschnitte erzeugten Magnetfelder die gleichen, was eine wirkungsvolle Kopplung zur Folge hat.
Wenn bei der herkömmlichen Struktur, wo die Spule unter Verwendung nur einer einzelnen Schicht gebildet wird, die ganze Länge des Spulenabschnitts vergrößert wird, um einen hohen Q-Wert erhalten, nimmt die Größe des Spulenabschnitts ebenfalls zu. Da im Gegensatz dazu in Ausführung 4 die Länge der Spulenabschnitte stereoskopisch als Ganzes vergrößert wird, ergibt sich eine kompakte Größe.
In dieser Ausführung wurde die Vierschicht-Struktur beschrieben. Jedoch kann, wie in 5 gezeigt, die Zahl von Schichten auf z.B. fünf oder sechs in einer ähnlichen Struktur erhöht werden. Die Struktur ist einfacher, wenn die Zahl von Schichten gerade ist, weil der Ziehanschluss gebildet werden kann, um mit dem äußeren Ende des unteren Spulenabschnitts verbunden zu werden.
Wenn die Zahl von Schichten ungerade ist, kann der Ziehanschluss in einer in 2 oder 3 beschriebenen Weise angeordnet werden.
Alternativ kann, wie in 6 gezeigt, ein Paar von angrenzenden Spulenabschnitten die gleiche Spiralrichtung haben, und angrenzende Paare von angrenzenden Spulenabschnit-ten können unterschiedliche Spiralrichtungen aufweisen. In diesem Fall ist ein Spulenabschnitt eines Paares mit einem eines anderen Paares, wie in 6 gezeigt, verbunden, sodass die Spulenabschnitte in Reihe geschaltet sind.
Auch in dem obigen Fall sind die Richtungen der durch die jeweiligen Spulenabschnitte er-zeugten Magnetfelder die gleichen, was in einer wirkungsvollen Kopplung resultiert.
Erfindungsgemäß hat daher der Spulenabschnitt, der herkömmlich aus einer einzelen Verdrahtungsschicht gebildet wird, eine Mehrschicht-Struktur. Als Ergebnis kann eine Spule mit hohem Q-Wert, die eine verringerte Serienwiderstandskomponente aufweist und frei von einem Einfluss eines Hauteffekts ist, in einem IC hergestellt werden.
Viele Modifikationen und Änderungen der vorliegenden Erfindung werden für die Fachleute in der Technik ersichtlich sein, ohne vom Umfang der Erfindung, wie durch die anliegenden Anspruch definiert, abzuweichen. Es sollte daher verständlich sein, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die besonderen, hier dargestellten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern nur durch die angehängten Ansprüche definiert wird.

Claims

Hochfrequenzspule mit hohem Q-Wert, die eine Vielzahl von IC-Verdrahtungsschichten (410, 411, 412, 413) umfasst, die aufeinander geschichtet sind, wobei jede der IC-Verdrahtungsschichten einen Spulenteil (41, 44, 46, 48) hat, der durch eine Vielzahl von Spulenelementen in einer Spiralform gebildet wird, wobei die geschichteten IC-Verdrahtungsschichten enthalten: eine erste IC-Verdrahtungsschicht (410), die eine Außenfläche ist, eine zweite IC-Verdrahtungsschicht (411), die an die erste Verdrahtungs-IC-Schicht angrenzt, und eine dritte IC-Verdrahtungsschicht (412, 413), die nicht an die erste IC-Verdrahtungsschicht angrenzt, wobei jedes der Spulenelemente, die an jeder Schicht der ersten, der zweiten und der dritten IC-Verdrahtungsschicht angeordnet sind, durchgehend als eine Seite der Spiralform des Spulenteils angeordnet ist und die Seiten, die einander an der IC-Verdrahtungsschicht zugewandt sind, parallel angeordnet sind, wobei die Spulenteile, die an der ersten bzw. der zweiten IC-Verdrahtung ausgebildet sind, in einer Mitte (43) oder an einem äußeren Ende (45) des Spulenteils seriell miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Bereich, in dem die Spulenteile (41, 44), die an der ersten (410) bzw. der zweiten (411) IC-Verdrahtung ausgebildet sind, einander auf einer projizierten Ebene überlappen, einem zweiten Bereich, in dem die Spulenteile (41, 46; 48), die an der ersten (410) bzw. der dritten (412, 413) IC-Verdrahtung ausgebildet sind, gleich ist oder kleiner ist als dieser, und die Spiralrichtungen der Spulenteile, die an der ersten (410) und der zweiten (411) IC-Verdrahtungsschicht ausgebildet sind, umgekehrt zueinander sind, so dass Richtungen der Magnetfelder, die durch die Spulenteile (41, 44, 46, 48) erzeugt werden, im Wesentlichen die gleichen sind.