JP2001052928A - インダクタ素子 - Google Patents
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Abstract
を得ることができるインダクタ素子を提供すること。 【解決手段】 インダクタ素子100は、半導体基板1
10の表面に形成された渦巻き形状の2本の導体12
0、122を有している。上層の導体120と下層の導
体122はほぼ同一形状を有しており、一方の導体12
0がインダクタ導体として使用され、他方の導体122
がフローティング導体として使用される。また、導体1
20の外周端と内周端のそれぞれには引出線130、1
32が接続されており、内周端に接続された引出線13
2は、下層の導体122と半導体基板110との間を通
して外周側に引き出される。
Description
種の基板上に形成されるインダクタ素子に関する。
渦巻き形状のパターン電極を形成し、このパターン電極
をインダクタ素子として利用する半導体回路が知られて
いる。このような半導体基板上に形成されたインダクタ
素子に電流が流れると、渦巻き形状のパターン電極に垂
直な方向に磁束が発生するが、この磁束によって半導体
基板表面に渦電流が発生して有効磁束を打ち消すため、
インダクタ素子として有効に機能しなくなるという不都
合がある。特に、インダクタ素子に流れる信号の周波数
が高くなるほどこの傾向が顕著であり、インダクタ素子
を含む高周波回路を半導体基板上に形成することは難し
い。
て、特開平10−208940号公報に開示されたイン
ダクタ素子が知られている。このインダクタ素子は、イ
ンダクタ導体と同形状のフローティング導体をインダク
タ導体と基板との間に配置した2層構造を有しており、
基板表面に発生する渦電流を低減することができる。
−208940号公報に開示されたインダクタ素子は、
基板上に平面的にインダクタ導体とフローティング導体
が形成されているため、インダクタ導体から延びる引出
線の配置によっては、インダクタ導体によって発生する
有効磁束の流れを遮るおそれがあり、十分な特性が得ら
れないという問題があった。また、フローティング導体
は完全に電気的に浮いた状態にあるため、インダクタ導
体に入出力される信号の周波数等によってはこのフロー
ティング導体において不要反射が生じる場合があり、使
用条件によっては十分な特性が得られないおそれがあっ
た。
たものであり、その目的は、基板上に形成した場合であ
っても良好な特性を得ることができるインダクタ素子を
提供することにある。
ために、本発明のインダクタ素子は、互いに絶縁された
状態で基板上に重ねて形成された2つの導体を有してお
り、基板から離間した一方の導体をインダクタ導体とし
て用いるとともに、このインダクタ導体の引出線を基板
に接近した他方の導体と基板との間を通している。2つ
の導体を基板上で重ねて配置し、基板から離れた側の導
体をインダクタ導体として用い、このインダクタ導体と
基板との間に他方の導体を介在させることにより、基板
表面に発生する渦電流や、インダクタ導体と基板表面と
の間に発生する浮遊容量を低減することができる。特
に、このインダクタ導体の引出線を、他方の導体と基板
との間を通して引き出すことにより、インダクタ導体に
よって発生する有効磁束の流れを遮ることを最小限に抑
えることができ、良好な特性を得ることができる。
を形成し、互いに1層以上隔たった異なる層の金属層を
用いて、上述した2つの導体と引出線のそれぞれを形成
することが望ましい。このような構造とすることによ
り、インダクタ導体と引出線とを少なくとも2層以上離
すことができるため、引出線を流れる電流による影響を
さらに少なくすることができる。
絶縁された状態で基板上に重ねて形成された2つの導体
を有しており、基板から離間した一方の導体をインダク
タ導体として用いるとともに、他方の導体の少なくとも
一方の端部を所定のインピーダンス素子で終端してい
る。インダクタ導体によって発生する有効磁束によって
他方の導体にも電流が流れるが、この他方の導体の端部
をインピーダンス素子で終端することにより、この部分
での不要反射を防止して特性改善を行い、これにより良
好な特性を得ることができる。また、インピーダンス素
子を抵抗、キャパシタ、インダクタのいずれを用いて、
あるいはこれらをどのように組み合わせて形成するかに
よって、他方の導体の周波数特性等を調整することがで
きるため、インピーダンス素子の素子定数を適切な値に
調整することによる特性改善も可能になる。
する抵抗、キャパシタ、インダクタの少なくとも一つの
素子定数を変更可能にして、この素子定数を可変するこ
とにより終端条件を調整することが望ましい。外部から
何らかの手段によって、例えば印加する制御電圧の値を
変更することによって、インピーダンス素子全体の素子
定数、すなわち終端条件の変更によるインダクタ素子の
特性の調整が可能になる。
合に、素子定数が変更可能なキャパシタを可変容量ダイ
オードによって形成することが望ましい。半導体基板を
利用して形成した可変容量ダイオードを用いることによ
り、部品の小型化が可能であるとともに、後から外付け
部品を付けて配線等を行う場合に比べて製造工程の簡略
化による製造コストの低減が可能になる。同様に、上述
した基板が半導体基板である場合に、チャネルを抵抗体
として用いたFETによって形成することが望ましい。
半導体基板を利用して形成したFETによる可変抵抗を
用いることにより、部品の小型化が可能であるととも
に、後から外付け部品を付けて配線等を行う場合に比べ
て製造工程の簡略化による製造コストの低減が可能にな
る。
ダクタは、基板上に所定形状に形成された導体層によっ
て形成することが望ましい。導体の端部を終端するため
に用いられるインダクタには高いQが要求されないた
め、基板上の導体パターンによって実現することが可能
であり、しかもこの導体パターンを各種の配線等を行う
金属層を利用して同じ工程で形成することが可能になる
ため、部品の小型化、工程の簡略化およびこれに伴うコ
ストダウンが可能になる。
状あるいは長尺形状に形成することが望ましい。同一形
状とすることにより、上層の導体が基板表面と直接対向
することがないため、直接対向させたときに基板上に生
じる渦電流を低減することができる。また、2つの導体
の形状を長尺形状とすることにより、上層の導体に所定
のインダクタンスを持たせることができる。特に、導体
を1周以上の渦巻き形状あるいは蛇行形状に形成した場
合には、大きなインダクタンスを持たせることができる
ため、比較的低い周波数の回路に組み込む場合に適して
いる。また、導体を1周未満の周回形状あるいはほぼ直
線形状に形成した場合には、渦巻き形状等に形成した場
合に比べてインダクタンスを小さくすることができるた
め、比較的高い周波数の回路に組み込む場合に適してい
る。
合には、この渦巻き形状のインダクタ導体の内周側端部
から引出線を延ばす必要があるが、基板に近い導体と基
板との間を通してこの引出線を引き出すことにより、イ
ンダクタ導体によって発生する有効磁束の流れを遮るこ
とを最小限に抑えることができる。
クタンス成分とともにキャパシタンス成分を有する複合
素子としての使用に適している。このインダクタ素子
は、互いに重なり合った2つの導体を有しており、その
特性にはキャパシタンス成分も含まれるため、インダク
タやキャパシタと組み合わせて回路の一部とするような
用途に用いることができる。
態のインダクタ素子について、図面を参照しながら具体
的に説明する。
態のインダクタ素子の平面構造を示す図である。また、
図2は図1に示したインダクタ素子に含まれる上層の導
体を示す図である。図3は図1に示したインダクタ素子
に含まれる下層の導体の形状を示す図である。
導体基板110の表面に形成された渦巻き形状の2本の
導体120、122を有している。これら2本の導体1
20、122は、ほぼ同一形状を有しており、半導体基
板110の表面側から見たときに、上層となる一方の導
体120と下層となる他方の導体122とがほぼ重なる
ように配置されている。各導体120、122は、例え
ば金属薄膜(金属層)、あるいはポリシリコン等の半導
体材料によって形成されている。
2の接続状態を示す図である。図4に示すように、上層
の導体120の外周端(外縁端)と内周端(中心端)の
それぞれには、引出線130、132が接続されてお
り、下層の導体122は、半導体基板110や上層の導
体120から電気的に浮いた状態になっている。
て機能しており、その両端に接続された引出線130、
132を介して、半導体基板110上に形成された回路
(図示せず)に接続される。
る。図4および図5に示すように、半導体基板110の
表面には、少なくとも3層の金属層160、162、1
64が形成されており、半導体基板110から最も離間
した最上層の金属層160を用いてインダクタ導体とし
ての一方の導体120が形成され、中層の金属層162
を用いて他方の導体122が形成されている。
き出される引出線132は、半導体基板110に最も近
い最下層の金属層164を用いて形成されている。例え
ば、図5に示すように、導体120の内周端と引出線1
32の一方端とがスルーホール150を介して接続され
ており、最下層の金属層164によって形成された引出
線132が渦巻き形状のインダクタ導体の各周回部分と
直交するように外周側に向けて引き出される。なお、3
つの金属層160、162、164を用いて形成される
導体120、122、引出線132および半導体基板1
10のそれぞれの間には絶縁層140、142、144
が形成されており、相互の絶縁が行われる。
した構造を有しており、上層の導体120の両端のそれ
ぞれに接続された引出線130、132の間に所定のイ
ンダクタンスが現れるため、この上層の導体120をイ
ンダクタ導体として用いることができる。また、この上
層の導体120の下側に、この導体120とほぼ同一形
状を有する導体122を形成することにより、上層の導
体120と半導体基板110との間隔を隔てることがで
きるため、半導体基板110上に発生する渦電流や、上
層の導体120と半導体基板110との間に生じる浮遊
容量が低減され、上層の導体120をインダクタ導体と
して有効に機能させることができる。
においては、インダクタ導体としての上層の導体120
の内周端から引き出される引出線132は、最下層の金
属層164を用いて形成されており、インダクタ導体か
らは他方の導体122を挟んだ最も離間した位置に配置
されている。したがって、インダクタ導体によって発生
する有効磁束の流れを遮ることを最小限に抑えることが
でき、良好な特性を得ることができる。このように、本
実施形態のインダクタ素子100は、半導体基板110
の表面の少なくとも3層の金属層160、162、16
4を用いて形成することができるため、半導体基板11
0上に他の部品とともに一体形成して集積化することが
可能になる。
態のインダクタ素子100Aの構造を示す図であり、図
4に示した第1の実施形態のインダクタ素子100の接
続状態に対して所定のインピーダンス素子200を追加
した点が異なっている。
ダクタ素子100では、インダクタ導体としての一方の
導体120とほぼ重なるように配置された他方の導体1
22に着目すると、両方の端部が自由端(オープンの状
態)になっている。本実施形態では、導体122の内周
端をインピーダンス素子200を介して終端することに
より、インダクタ素子100A全体の特性を改善あるい
は調整することができる。
導体120に電流が流れたときに、他方の導体122に
誘導電流が生じるが、他方の導体122の内周端をイン
ピーダンス素子200を介して終端することにより、こ
の内周端における不要反射を防止することができる。ま
た、インピーダンス素子200の素子定数を調整あるい
は変更することにより、インダクタ素子100Aを含む
回路の周波数特性の改善や変更が容易となる。例えば、
周波数を低くしたい場合にはインピーダンス素子200
としてインダクタを使用すればよく、反対に周波数を高
くしたい場合にはインピーダンス素子200としてキャ
パシタを用いればよい。あるいは、インピーダンス20
0は、これらのインダクタやキャパシタあるいは抵抗を
任意に組み合わせて形成するようにしてもよい。
は、最も簡単にはインダクタ、キャパシタあるいは抵抗
のチップ部品を用いることができる。また、図5に断面
構造を示したように、インダクタ素子100Aを構成す
る2つの導体120、122等を半導体基板110上に
形成することを考慮すると、インピーダンス素子200
も半導体製造技術を用いて半導体基板110上に形成す
ることが望ましい。例えば、高抵抗体を用いて抵抗を形
成したり、所定の面積を有する2層の金属層を対向させ
てキャパシタを形成したり、所定形状の導体によってイ
ンダクタを形成する場合が考えられる。なお、インピー
ダンス素子200は単に終端用の素子として用いられる
ため、これをインダクタによって実現する場合であって
もそれ程高いQは必要ない。このため、所定形状(例え
ば渦巻き形状)の導体を半導体基板110上に形成して
構成されるインダクタをインピーダンス素子200とし
て使用することも可能になる。
って変更可能なインピーダンス素子200を用いるよう
にしてもよい。図7は、導体122の内周端に可変容量
ダイオード210を接続する場合の構成を示す図であ
る。可変容量ダイオード210は、逆バイアスの状態で
使用することにより所定のキャパシタンスを有するキャ
パシタとして動作し、逆バイアス電圧の大きさを可変す
ることによってキャパシタンスが変更される。この可変
容量ダイオード210は、直流成分除去用のキャパシタ
212を介して導体122の内周端に接続されている。
210を半導体基板110上に形成した場合の断面構造
を示す図である。図8に示すように、n型シリコン基板
(n−Si基板)によって形成される半導体基板110
の表面付近に形成されたp+領域220と、さらにその
一部に形成されたn+ 領域222とを含んでおり、これ
らのp+ 領域220とn+ 領域222とがpn接合層を
形成している。また、p+ 領域220の表面には接地用
の電極230が形成されており、n+ 領域222の表面
には可変の逆バイアス電圧を制御電圧Vcとして印加す
るための電極232が形成されている。電極232に正
の制御電圧Vcを印加することにより、この制御電圧V
cの大きさに応じてキャパシタンスが変化する可変容量
ダイオード210を形成することができる。
0による可変抵抗を接続する場合の構成を示す図であ
る。図9に示すように、可変抵抗はFET240のチャ
ネルを抵抗体として用いることにより容易に実現するこ
とができる。ゲート電極に印加する制御電圧Vcを変更
することにより、ソースとドレイン間に形成されるチャ
ネルの抵抗を変更することができる。また、FET24
0は、半導体基板110の表面付近にソース領域やドレ
イン領域を形成するとともに、これらの各領域やその間
のチャネルが形成される領域の近傍に所定形状の電極を
形成することにより、半導体基板110上に容易に形成
することができる。
Vcに応じて素子定数が変更可能なインピーダンス素子
を用いて導体122の端部を終端することにより、終端
条件を変更することができるため、インダクタ素子10
0Aに入出力される信号の周波数等が変更になった場合
であっても、この変更に合わせて終端条件を調整するこ
とができ、特性の改善が可能になる。
ものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施
が可能である。例えば、上述した実施形態では、インダ
クタ素子100、100Aに含まれる2本の導体12
0、122を渦巻き形状に形成したため、大きなインダ
クタンスを有するインダクタ素子100、100Aを実
現することができるが、2本の導体120、122を蛇
行形状に形成するようにしてもよい(図10)。また、
高周波回路の一部品としてこのインダクタ素子100、
100Aを用いる場合には小さなインダクタンスで充分
であるため、導体120、122のターン数を減らして
1ターン未満に形成したり(図11)、ほぼ直線形状に
形成するようにしてもよい(図12)。
120、122の形状をほぼ同じに設定したが、異なる
形状に設定するようにしてもよい。例えば、下層の導体
122のターン数を上層の導体120のターン数よりも
多く設定するようにしてもよい。このように、上層の導
体120の下側に下層の導体122の全部あるいは一部
が配置されると、直接上層の導体120が半導体基板1
10と対向しなくなるため、上層の導体120による渦
電流の発生を有効に防止することができる。
110上に2本の導体120、122を形成することに
よりインダクタ素子100、100Aを形成したが、金
属等の導体基板上に2本の導体120、122を形成し
たインダクタ素子を実現することもできる。導体基板上
に密着させてインダクタ素子100、100Aを形成す
ることができれば、金属製のシールドケース等の表面に
インダクタ素子100、100Aを配置することも可能
になり、インダクタ素子の設置スペースの確保が容易と
なる。
タ素子100Aは、下層の導体122の内周端をインピ
ーダンス素子200によって終端するようにしたが、外
周端をインピーダンス素子を介して終端したり、両端を
それぞれインピーダンス素子を介して終端するようにし
てもよい。導体122の両端のそれぞれをインピーダン
ス素子を介して終端する場合には、各インピーダンス素
子の素子定数を異ならせるようにしてもよい。
の導体の中の基板から離間した側をインダクタ導体とし
て用いるとともに、このインダクタ導体の引出線を基板
に接近した他の導体と基板との間を通しており、インダ
クタ導体によって発生する有効磁束の流れを遮ることを
最小限に抑えることができ、良好な特性を得ることがで
きる。
よって発生する有効磁束によって他方の導体にも電流が
流れるが、この他方の導体の端部をインピーダンス素子
で終端することにより、この部分での不要反射を防止し
て特性改善を行うことが可能になる。
示す図である。
導体を示す図である。
導体の形状を示す図である。
態を示す図である。
である。
続する場合の構成を示す図である。
上に形成した場合の断面構造を示す図である。
の構成を示す図である。
す図である。
す図である。
す図である。
Claims (14)
- 【請求項1】 互いに絶縁された状態で基板上に重ねて
形成された2つの導体を有し、前記基板から離間した一
方の前記導体をインダクタ導体として用い、このインダ
クタ導体の引出線を前記基板に接近した他方の前記導体
と前記基板との間を通した位置に配置することを特徴と
するインダクタ素子。 - 【請求項2】 請求項1において、 前記基板上に3層以上の金属層が形成されており、互い
に1層以上隔たった異なる層の前記金属層を用いて、前
記2つの導体および前記引出線のそれぞれを形成するこ
とを特徴とするインダクタ素子。 - 【請求項3】 互いに絶縁された状態で基板上に重ねて
形成された2つの導体を有し、前記基板から離間した一
方の前記導体をインダクタ導体として用いるとともに、
他方の前記導体の少なくとも一方の端部を所定のインピ
ーダンス素子で終端することを特徴とするインダクタ素
子。 - 【請求項4】 請求項3において、 前記インピーダンス素子は、抵抗、キャパシタ、インダ
クタの少なくとも一つの素子定数が変更可能であり、前
記素子定数を可変することにより終端条件を変更するこ
とを特徴とするインダクタ素子。 - 【請求項5】 請求項4において、 前記基板は、半導体基板であり、前記キャパシタを、前
記半導体基板の内外に形成された半導体層を用いた可変
容量ダイオードによって形成することを特徴とするイン
ダクタ素子。 - 【請求項6】 請求項4において、 前記基板は、半導体基板であり、 前記抵抗を、前記半導体基板の内外に形成された半導体
層を用いたFETのチャネルによって形成することを特
徴とするインダクタ素子。 - 【請求項7】 請求項1〜6のいずれかにおいて、 前記2つの導体は、ほぼ同一形状を有していることを特
徴とするインダクタ素子。 - 【請求項8】 請求項1〜7のいずれかにおいて、 前記2つの導体は、長尺形状に形成されていることを特
徴とするインダクタ素子。 - 【請求項9】 請求項1〜7のいずれかにおいて、 前記2つの導体は、周回数が1周未満の周回形状に形成
されていることを特徴とするインダクタ素子。 - 【請求項10】 請求項1〜7のいずれかにおいて、 前記2つの導体は、周回数が1周以上の渦巻き形状に形
成されていることを特徴とするインダクタ素子。 - 【請求項11】 請求項1または2において、 前記2つの導体は、周回数が1周以上の渦巻き形状を有
しており、前記インダクタ導体の内周側端部から引き出
される前記引出線を前記他方の導体と前記基板の間を通
すことを特徴とするインダクタ素子。 - 【請求項12】 請求項1〜7のいずれかにおいて、 前記2つの導体は、ほぼ直線形状に形成されていること
を特徴とするインダクタ素子。 - 【請求項13】 請求項1〜7のいずれかにおいて、 前記2つの導体は、蛇行形状に形成されていることを特
徴とするインダクタ素子。 - 【請求項14】 請求項1〜13のいずれかにおいて、 前記インダクタ素子のインダクタンス成分と、前記2つ
の導体間のキャパシタンス成分とを有することを特徴と
するインダクタ素子。
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