JP2001044778A - 複合電子部品 - Google Patents
複合電子部品Info
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- JP2001044778A JP2001044778A JP11212059A JP21205999A JP2001044778A JP 2001044778 A JP2001044778 A JP 2001044778A JP 11212059 A JP11212059 A JP 11212059A JP 21205999 A JP21205999 A JP 21205999A JP 2001044778 A JP2001044778 A JP 2001044778A
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- Japan
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- capacitor
- inductor
- layer
- substrate
- film
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 インダクタ，コンデンサ複合素子を製造する
に当たり、相互干渉を少なくし、インダクタンス値，コ
ンデンサ容量の設計自由度を高める。 【解決手段】 基板１上に第１の電極層２１，誘電体層
（ＰＳＴ層）３，第２の電極層２２をこの順に形成して
コンデンサ部を作り、その上に磁性膜５およびコイル４
からなる平面インダクタを形成することで、コンデンサ
とインダクタを回路的に独立させて相互干渉を低減し、
インダクタンス値やコンデンサ容量の設計自由度を向上
させる。
に当たり、相互干渉を少なくし、インダクタンス値，コ
ンデンサ容量の設計自由度を高める。 【解決手段】 基板１上に第１の電極層２１，誘電体層
（ＰＳＴ層）３，第２の電極層２２をこの順に形成して
コンデンサ部を作り、その上に磁性膜５およびコイル４
からなる平面インダクタを形成することで、コンデンサ
とインダクタを回路的に独立させて相互干渉を低減し、
インダクタンス値やコンデンサ容量の設計自由度を向上
させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明はＩＣ製造技術，表
面マイクロマシーニング技術などを活用することによ
り、コンデンサとインダクタを一体化して単一の電子部
品とした複合素子に関する。
面マイクロマシーニング技術などを活用することによ
り、コンデンサとインダクタを一体化して単一の電子部
品とした複合素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ノート型パソコンや携帯電話に代
表されるマルチメディア機器を始め、各種電子機器の小
型化が盛んに進められている。これに伴い、使用する電
子部品の小型化要求も厳しいものになっている。なかで
も小型化の困難な部品としてインダクタがある。普通、
電子部品として作られるインダクタは、フェライトコア
に巻線を施したものである。このインダクタは巻線を持
つことで必然的に立体形状となり、特に薄膜型化が難し
い。
表されるマルチメディア機器を始め、各種電子機器の小
型化が盛んに進められている。これに伴い、使用する電
子部品の小型化要求も厳しいものになっている。なかで
も小型化の困難な部品としてインダクタがある。普通、
電子部品として作られるインダクタは、フェライトコア
に巻線を施したものである。このインダクタは巻線を持
つことで必然的に立体形状となり、特に薄膜型化が難し
い。
【０００３】平面型インダクタの薄膜型技術の最も一般
的な例として、例えば図３に示すものがある（例えば、
特開平１１−４０４３８号参照）。すなわち、シリコン
（Ｓｉ）等の基板上に絶縁膜を形成し（図示なし）、そ
の上に下部磁性膜，下部絶縁膜，平面コイル（導体
部），上部絶縁膜，上部磁性膜の順に成膜したもので、
フォトリソグラフィ等の半導体製造技術，深堀加工等の
マイクロマシーニング技術の発展により可能となったも
のである。
的な例として、例えば図３に示すものがある（例えば、
特開平１１−４０４３８号参照）。すなわち、シリコン
（Ｓｉ）等の基板上に絶縁膜を形成し（図示なし）、そ
の上に下部磁性膜，下部絶縁膜，平面コイル（導体
部），上部絶縁膜，上部磁性膜の順に成膜したもので、
フォトリソグラフィ等の半導体製造技術，深堀加工等の
マイクロマシーニング技術の発展により可能となったも
のである。
【０００４】一方、コンデンサについてはチップ部品化
により小型化が進んでいるが、一般に使用量が多く、現
在の平面実装では所要実装面積が大きくならざるを得な
いのが現状である。このような背景から、電子部品の複
合化という概念が発生してきた。図４はインダクタとコ
ンデンサの複合構造の一例である。これは誘電体層，下
部電極層，磁性体層および上部電極層を積層したものを
単位としてこれを複数層重ね、上下の電極層から端子を
引き出す構成としたものである。その等価回路は同図
（ｂ）のように、インダクタ要素の途中からコンデンサ
が並列に接続された形となる。
により小型化が進んでいるが、一般に使用量が多く、現
在の平面実装では所要実装面積が大きくならざるを得な
いのが現状である。このような背景から、電子部品の複
合化という概念が発生してきた。図４はインダクタとコ
ンデンサの複合構造の一例である。これは誘電体層，下
部電極層，磁性体層および上部電極層を積層したものを
単位としてこれを複数層重ね、上下の電極層から端子を
引き出す構成としたものである。その等価回路は同図
（ｂ）のように、インダクタ要素の途中からコンデンサ
が並列に接続された形となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記のようなインダク
タとコンデンサの複合構造には、下記のような問題があ
る。第１に誘電体層，下部電極層，磁性体層および上部
電極層を積層したものを単位としてこれを複数層重ねる
構造のため、インダクタを構成する電極間に誘電体が挟
まる形となり、線間浮遊容量が増加することである。こ
れは、結果的に素子のインダクタンス値を減らし、例え
ばこの素子をＬＣフィルタとして用いる際の周波数特性
を悪化させる。第2にインダクタとコンデンサを構成す
る導体の形状，寸法が同一であるため、インダクタンス
値とコンデンサ容量を独立に変えることが難しく、所望
の特性を持つ複合素子を設計するのが困難となる。した
がって、この発明の課題は相互干渉がなく、インダクタ
ンス値とコンデンサ容量の設計自由度を高めることにあ
り、さらには薄膜形成技術を利用することで、複合素子
の小型，薄型化を図ることにある。
タとコンデンサの複合構造には、下記のような問題があ
る。第１に誘電体層，下部電極層，磁性体層および上部
電極層を積層したものを単位としてこれを複数層重ねる
構造のため、インダクタを構成する電極間に誘電体が挟
まる形となり、線間浮遊容量が増加することである。こ
れは、結果的に素子のインダクタンス値を減らし、例え
ばこの素子をＬＣフィルタとして用いる際の周波数特性
を悪化させる。第2にインダクタとコンデンサを構成す
る導体の形状，寸法が同一であるため、インダクタンス
値とコンデンサ容量を独立に変えることが難しく、所望
の特性を持つ複合素子を設計するのが困難となる。した
がって、この発明の課題は相互干渉がなく、インダクタ
ンス値とコンデンサ容量の設計自由度を高めることにあ
り、さらには薄膜形成技術を利用することで、複合素子
の小型，薄型化を図ることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るため、請求項１の発明では、基板上に第１の電極層，
誘電体層，第2の電極層をこの順に積層してコンデンサ
を形成し、その上部に磁性層およびコイルからなる平面
インダクタを形成したことを特徴とする。この請求項１
の発明においては、前記第2の電極層を面内で２分割
し、その各々からコンデンサ端子を外部に引き出して構
成することができる（請求項２の発明）。
るため、請求項１の発明では、基板上に第１の電極層，
誘電体層，第2の電極層をこの順に積層してコンデンサ
を形成し、その上部に磁性層およびコイルからなる平面
インダクタを形成したことを特徴とする。この請求項１
の発明においては、前記第2の電極層を面内で２分割
し、その各々からコンデンサ端子を外部に引き出して構
成することができる（請求項２の発明）。
【０００７】上記請求項１または２の発明においては、
表面にＩＣ回路が形成され、ＩＣの配線として銅を含む
耐熱性の高い材料を用いたシリコンウエハを前記基板と
して使用することができ（請求項３の発明）、または、
前記誘電体層として、ＰＳＴ（スカンジウム酸タンタル
酸鉛）を使用することができる（請求項４の発明）。
表面にＩＣ回路が形成され、ＩＣの配線として銅を含む
耐熱性の高い材料を用いたシリコンウエハを前記基板と
して使用することができ（請求項３の発明）、または、
前記誘電体層として、ＰＳＴ（スカンジウム酸タンタル
酸鉛）を使用することができる（請求項４の発明）。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１はこの発明の第1の実施の形
態を示す構成図で、同図（ａ）は断面図、（ｂ）は等価
回路図を示す。まず、基板上に０．２μｍ厚の白金電極
膜（下部電極膜２１）をスパッタで形成する。なお、基
板１としては絶縁性の良いアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）を使用
した。次に、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）やＰＳＴ
（スカンジウム酸タンタル酸鉛）などの強誘電体材料
（ＰＳＴ層３）をゾルゲル法，スパッタ法，ＣＶＤ法等
によって形成する。強誘電体部分の膜厚は、静電容量と
耐圧の関係でバランスのとれた値にする必要があり、こ
こでは、厚さを０．５μｍとした。その上に上部電極膜
２２を下部電極膜２１と同様に成膜する。
態を示す構成図で、同図（ａ）は断面図、（ｂ）は等価
回路図を示す。まず、基板上に０．２μｍ厚の白金電極
膜（下部電極膜２１）をスパッタで形成する。なお、基
板１としては絶縁性の良いアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）を使用
した。次に、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）やＰＳＴ
（スカンジウム酸タンタル酸鉛）などの強誘電体材料
（ＰＳＴ層３）をゾルゲル法，スパッタ法，ＣＶＤ法等
によって形成する。強誘電体部分の膜厚は、静電容量と
耐圧の関係でバランスのとれた値にする必要があり、こ
こでは、厚さを０．５μｍとした。その上に上部電極膜
２２を下部電極膜２１と同様に成膜する。
【０００９】この時点でコンデンサの一方の端子Ｇを引
き出すために、まず上部電極膜２２，強誘電体膜３をパ
ターニングする。次いで、下部電極膜を所望のコンデン
サ寸法に合わせてパターニングする。この状態で強誘電
性を引き出すための熱処理を行なって、コンデンサ部が
完成する。熱処理温度はＰＺＴの場合は４５０℃以上、
ＰＳＴの場合は約７００℃が必要である。
き出すために、まず上部電極膜２２，強誘電体膜３をパ
ターニングする。次いで、下部電極膜を所望のコンデン
サ寸法に合わせてパターニングする。この状態で強誘電
性を引き出すための熱処理を行なって、コンデンサ部が
完成する。熱処理温度はＰＺＴの場合は４５０℃以上、
ＰＳＴの場合は約７００℃が必要である。
【００１０】引き続き、上記コンデンサの上に、薄膜イ
ンダクタを形成する。薄膜インダクタの形成法に付いて
は図３の構成とともに良く知られているが、概略を示す
と次のようになる。まず、コンデンサ表面にポリイミド
を塗布し、絶縁層を形成する。次に、例えばＣｏＴａＨ
ｆＰｄのような組成の強磁性材（磁性膜５）をスパッタ
法で成膜する。次いで、感光性ポリイミド（ＰＩ絶縁層
６）を例えば３０μｍの厚さに塗って、ここにコイル形
状４をパターニングする。このポリイミド層を型として
電解メッキ法により、銅をメッキする。さらにポリイミ
ド絶縁層，強磁性層の成膜を行ない、保護用のポリイミ
ド絶縁膜を形成して薄膜インダクタ構造が完成する。
ンダクタを形成する。薄膜インダクタの形成法に付いて
は図３の構成とともに良く知られているが、概略を示す
と次のようになる。まず、コンデンサ表面にポリイミド
を塗布し、絶縁層を形成する。次に、例えばＣｏＴａＨ
ｆＰｄのような組成の強磁性材（磁性膜５）をスパッタ
法で成膜する。次いで、感光性ポリイミド（ＰＩ絶縁層
６）を例えば３０μｍの厚さに塗って、ここにコイル形
状４をパターニングする。このポリイミド層を型として
電解メッキ法により、銅をメッキする。さらにポリイミ
ド絶縁層，強磁性層の成膜を行ない、保護用のポリイミ
ド絶縁膜を形成して薄膜インダクタ構造が完成する。
【００１１】最後に、端子接続のためポリイミド層をプ
ラズマエッチング等で加工し、端子ＣおよびＬを外部に
取り出し、強磁性を付与するための磁界中熱処理を行な
って全処理が終了する。熱処理温度は、ＣｏＴａＨｆＰ
ｄの場合４００℃が適当である。コンデンサの作成をイ
ンダクタに先立って行なう理由の１つは、この熱処理温
度の違いにある。一般に、セラミック材料の燒結温度は
高く、上記の場合でもＰＳＴでは約７００℃が必要であ
り、ＰＺＴはかなり低い温度でも燒結が可能であるが、
それでも４５０℃必要である。インダクタンスの形成に
は有機系絶縁物が必要で、上記でも耐熱性の高いポリイ
ミドを使っているが、それでも４５０℃以上に耐えるこ
とはできない。なお、上記複合素子の等価回路は図１
（ｂ）に示すように、コンデンサとインダクタの各１個
が直列に接続され、中間端子Ｃが外部に出た形をしてい
る。
ラズマエッチング等で加工し、端子ＣおよびＬを外部に
取り出し、強磁性を付与するための磁界中熱処理を行な
って全処理が終了する。熱処理温度は、ＣｏＴａＨｆＰ
ｄの場合４００℃が適当である。コンデンサの作成をイ
ンダクタに先立って行なう理由の１つは、この熱処理温
度の違いにある。一般に、セラミック材料の燒結温度は
高く、上記の場合でもＰＳＴでは約７００℃が必要であ
り、ＰＺＴはかなり低い温度でも燒結が可能であるが、
それでも４５０℃必要である。インダクタンスの形成に
は有機系絶縁物が必要で、上記でも耐熱性の高いポリイ
ミドを使っているが、それでも４５０℃以上に耐えるこ
とはできない。なお、上記複合素子の等価回路は図１
（ｂ）に示すように、コンデンサとインダクタの各１個
が直列に接続され、中間端子Ｃが外部に出た形をしてい
る。
【００１２】図２はこの発明の第２の実施の形態を示す
構成図で、同図（ａ）は断面図、（ｂ）は等価回路図を
示す。基板１，下部電極膜２１，強誘電体膜３，上部電
極膜２２までの形成法は図１と同様であるが、上部電極
膜２２を素子中心付近で分割した点が大きな違いであ
る。なお、インダクタの形成法は図１と全く同様であ
る。電極接合の場合、２分割した上部電極膜２２の片方
を端子Ｃとし、他方から端子Ｇを引き出す。こうする
と、下部電極膜２１，強誘電体膜３はパターニングの必
要がなくなるので、プロセスが簡単になるという利点が
ある。等価回路は図４（ｂ）のように、コンデンサが２
個直列に接続された形となる。したがって、コンデンサ
容量は図１の場合に比べて単純には１／２となるが、１
個当たりの耐圧も同じく１／２となるので、より膜厚を
薄くでき容量増大を図ることができる。
構成図で、同図（ａ）は断面図、（ｂ）は等価回路図を
示す。基板１，下部電極膜２１，強誘電体膜３，上部電
極膜２２までの形成法は図１と同様であるが、上部電極
膜２２を素子中心付近で分割した点が大きな違いであ
る。なお、インダクタの形成法は図１と全く同様であ
る。電極接合の場合、２分割した上部電極膜２２の片方
を端子Ｃとし、他方から端子Ｇを引き出す。こうする
と、下部電極膜２１，強誘電体膜３はパターニングの必
要がなくなるので、プロセスが簡単になるという利点が
ある。等価回路は図４（ｂ）のように、コンデンサが２
個直列に接続された形となる。したがって、コンデンサ
容量は図１の場合に比べて単純には１／２となるが、１
個当たりの耐圧も同じく１／２となるので、より膜厚を
薄くでき容量増大を図ることができる。
【００１３】性能に着目すると、例えば図１の複合素子
の寸法を一辺４ｍｍの四角形とし、コイルの断面寸法を
幅９５μｍ，高さ３５μｍ，巻数１６ターンとすると直
流抵抗０．７Ω，インダクタンス０．９Ｈ，電流容量
０．４Ａのインダクタが得られる。また、強誘電体とし
てＰＳＴを用いた場合、比誘電率は約２０００が得ら
れ、薄膜コンデンサ材料として有効である。厚さを前述
の０．５μｍとすると、コンデンサ容量は０．６μＦが
得られる。この性能は、例えば入力電圧５Ｖ，出力電圧
３Ｖ，容量１Ｗ程度のＤＣ−ＤＣコンバータの出力フィ
ルタとして充分なものである。
の寸法を一辺４ｍｍの四角形とし、コイルの断面寸法を
幅９５μｍ，高さ３５μｍ，巻数１６ターンとすると直
流抵抗０．７Ω，インダクタンス０．９Ｈ，電流容量
０．４Ａのインダクタが得られる。また、強誘電体とし
てＰＳＴを用いた場合、比誘電率は約２０００が得ら
れ、薄膜コンデンサ材料として有効である。厚さを前述
の０．５μｍとすると、コンデンサ容量は０．６μＦが
得られる。この性能は、例えば入力電圧５Ｖ，出力電圧
３Ｖ，容量１Ｗ程度のＤＣ−ＤＣコンバータの出力フィ
ルタとして充分なものである。
【００１４】しかもコンデンサとインダクタを合わせた
厚さは０．１ｍｍ以下であり、基板厚さ（取り扱いの問
題から通常０．３ｍｍ程度が下限）をわずかに増加させ
るに過ぎず、電子部品の小型化に大きく貢献できる。な
お、上記基板として、表面にＩＣ（集積回路）を作りこ
んだシリコンウエハを用いることが可能である。現状の
ＩＣ基板としては配線材料にアルミが用いられており、
このままでは耐熱性が低く、例えば４５０℃の熱処理が
必要なＰＺＴを用いた場合でも、耐えるのは難しい。し
かし、近年ＩＣの配線材料として銅が使われるようにな
り、耐熱性が向上してきた。したがって、ＩＣを作りこ
んだシリコンウエハが基板として使えると、たとえばＤ
Ｃ−ＤＣコンバータに必要な全ての回路要素を１チップ
で備えることができ、究極の小型電子部品ができること
になる。また、上記では薄膜インダクタのコイル導体を
１層としたが、絶縁膜を介して多層にできることは言う
までもない。
厚さは０．１ｍｍ以下であり、基板厚さ（取り扱いの問
題から通常０．３ｍｍ程度が下限）をわずかに増加させ
るに過ぎず、電子部品の小型化に大きく貢献できる。な
お、上記基板として、表面にＩＣ（集積回路）を作りこ
んだシリコンウエハを用いることが可能である。現状の
ＩＣ基板としては配線材料にアルミが用いられており、
このままでは耐熱性が低く、例えば４５０℃の熱処理が
必要なＰＺＴを用いた場合でも、耐えるのは難しい。し
かし、近年ＩＣの配線材料として銅が使われるようにな
り、耐熱性が向上してきた。したがって、ＩＣを作りこ
んだシリコンウエハが基板として使えると、たとえばＤ
Ｃ−ＤＣコンバータに必要な全ての回路要素を１チップ
で備えることができ、究極の小型電子部品ができること
になる。また、上記では薄膜インダクタのコイル導体を
１層としたが、絶縁膜を介して多層にできることは言う
までもない。
【００１５】
【発明の効果】この発明によれば、インダクタとコンデ
ンサの複合素子を製作するに当たり、薄膜作成技術を使
用して平面状のコンデンサを形成し、その上に磁性層お
よびコイルからなる平面インダクタを形成する構成とし
たので、コンデンサとインダクタは回路的に独立した形
となり、インダクタ―コンデンサ間の相互干渉がなく、
かつインダクタンス値、コンデンサ容量の設計自由度も
向上する。また、インダクタ，コンデンサを合計した素
子厚は０．１ｍｍ程度であり、基板厚がわずかに増加す
るに過ぎない。このため、回路実装面積の低減に大きく
寄与することが可能である。
ンサの複合素子を製作するに当たり、薄膜作成技術を使
用して平面状のコンデンサを形成し、その上に磁性層お
よびコイルからなる平面インダクタを形成する構成とし
たので、コンデンサとインダクタは回路的に独立した形
となり、インダクタ―コンデンサ間の相互干渉がなく、
かつインダクタンス値、コンデンサ容量の設計自由度も
向上する。また、インダクタ，コンデンサを合計した素
子厚は０．１ｍｍ程度であり、基板厚がわずかに増加す
るに過ぎない。このため、回路実装面積の低減に大きく
寄与することが可能である。
【図１】この発明の第１の実施の形態を示す断面構成図
である。
である。
【図２】この発明の第２の実施の形態を示す断面構成図
である。
である。
【図３】平面インダクタの従来例を示す斜視図である。
【図４】インダクタとコンデンサの複合素子の従来例を
示す斜視図である。
示す斜視図である。
１…基板、２（２１，２２）…電極膜、３…強誘電体
膜、４…コイル導体、５…磁性膜、６…絶縁膜。
膜、４…コイル導体、５…磁性膜、６…絶縁膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 27/04 Ａ Ｆターム(参考） 5E070 AA05 AB01 AB03 AB10 BA20 CB12 CB18 CC10 DA15 EA05 5E082 AA20 AB03 BB01 BC39 DD08 EE05 EE23 EE37 FF05 FG03 FG04 FG26 FG42 FG46 FG54 HH26 HH47 MM24 5F038 AC15 AZ04 CA16 CD18 EZ20 5J024 AA01 DA01 DA29
Claims (4)
- 【請求項１】 基板上に第１の電極層，誘電体層，第2
の電極層をこの順に積層してコンデンサを形成し、その
上部に磁性層およびコイルからなる平面インダクタを形
成したことを特徴とする複合電子部品。 - 【請求項２】 前記第2の電極層を面内で２分割し、そ
の各々からコンデンサ端子を外部に引き出して構成した
ことを特徴とする請求項１に記載の複合電子部品。 - 【請求項３】 表面にＩＣ回路が形成され、ＩＣの配線
として銅を含む耐熱性の高い材料を用いたシリコンウエ
ハを前記基板として使用することを特徴とする請求項1
または２のいずれかに記載の複合電子部品。 - 【請求項４】 前記誘電体層として、ＰＳＴ（スカンジ
ウム酸タンタル酸鉛）を使用することを特徴とする請求
項1または２のいずれかに記載の複合電子部品。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11212059A JP2001044778A (ja) | 1999-07-27 | 1999-07-27 | 複合電子部品 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11212059A JP2001044778A (ja) | 1999-07-27 | 1999-07-27 | 複合電子部品 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001044778A true JP2001044778A (ja) | 2001-02-16 |
Family
ID=16616196
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11212059A Pending JP2001044778A (ja) | 1999-07-27 | 1999-07-27 | 複合電子部品 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001044778A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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