JP2005039023A - インダクタンス素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 低コストで小型化が可能でインダクタンス値の微調整が可能なインダクタンス素子及びその製造方法を実現する。
【解決手段】 高周波回路に用いられるインダクタンス素子において、基板の絶縁膜上に平行に位置するように形成された複数の配線パターンと、互いに隣接する２つの前記配線パターンのうち一方の前記配線パターンの他端と他方の前記配線パターンの一端を順次接続する複数のボンディングワイヤとを設ける。
【選択図】 図２

Description

本発明は、高周波回路等に用いられるインダクタンス素子及びその製造方法に関し、特に低コストで小型化が可能でインダクタンス値の微調整が可能なインダクタンス素子及びその製造方法に関する。

従来のインダクタンスを有する高周波ＩＣ用半導体パッケージでは、必要なインダクタンス値を有するインダクタンス素子を当該半導体パッケージ内に実装しており、面積の関係上当該半導体パッケージ内に実装困難な場合は、実装基板上にインダクタンス素子を実装している。

また、インダクタンス素子を半導体パッケージ上、若しくは、実装基板上に実装するのではなく、半導体基板上の絶縁膜上に薄膜状の配線パターンによって渦巻き（スパイラル）を描き、インダクタンス成分（言い換えれば、インダクタンス素子を形成する）を得るようにする場合も存在する。

そして、従来の半導体基板上の絶縁膜上に薄膜状の配線パターンによって渦巻き（スパイラル）を描き、インダクタンス成分（言い換えれば、インダクタンス素子を形成する）を得るようにするインダクタンス素子及びその製造方法に関連する先行技術文献としては次のようなものがある。

特開平０５−０８２７３６号公報 特開平０６−２７５７８０号公報 特開平０７−１８３４５８号公報 特開平１０−２６１５３１号公報 特開２００３−００７９００号公報

図６及び図７はこのような”特許文献５”に記載された従来のインダクタンス素子の一例を示す平面図及び断面図である。図６及び図７において１は配線パターンによって形成された渦巻きパターン、２及び４は通常の配線パターン、３はボンディングパッド、５はボンディングワイヤである。また、図７において６は半導体基板である。

半導体基板６上の絶縁膜上には渦巻きパターン１が形成され、当該渦巻きパターン１の外周部分が配線パターン２に接続され、当該渦巻きパターン１の中心部分にはボンディングパッドに相当するパターンが形成される。

また、渦巻きパターン１の近傍にはボンディングパッド３が形成され、ボンディングパッド３には配線パターン４が接続される。最後に、ボンディングパッド３と渦巻きパターン１の中心部分がボンディングワイヤ５によって相互に接続される。

この結果、半導体基板上の絶縁膜上に薄膜状の配線パターンによって渦巻きを描くことにより、インダクタンス成分を得ることが可能になる。

しかし、インダクタンス素子を半導体パッケージ内に実装する方法や実装基板上にインダクタンス素子を実装する方法では、インダクタンス素子を実装するための工程が必要になり、コストアップにつながると共に今後更なる小型化が進んだ場合には不良率が高くなってしまう恐れがある。

また、図６及び図７に示す従来例では半導体基板上の絶縁膜上に薄膜状の配線パターンによって渦巻きを描くことにより、インダクタンス成分を得ることができるものの、分布容量が大きく、純粋なインダクタンスとしての精度が非常に低くなってしまい、自己共振周波数の低下を招いてしまうと言った問題点があった。
従って本発明が解決しようとする課題は、低コストで小型化が可能でインダクタンス値の微調整が可能なインダクタンス素子及びその製造方法を実現することにある。

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
高周波回路に用いられるインダクタンス素子において、
基板の絶縁膜上に平行に位置するように形成された複数の配線パターンと、互いに隣接する２つの前記配線パターンのうち一方の前記配線パターンの他端と他方の前記配線パターンの一端を順次接続する複数のボンディングワイヤとを備えたことにより、低コストで小型化が可能になる。

請求項２記載の発明は、
高周波回路に用いられるインダクタンス素子において、
基板の絶縁膜上に環状に位置するように形成された複数の配線パターンと、互いに隣接する２つの前記配線パターンのうち一方の前記配線パターンの他端と他方の前記配線パターンの一端を順次接続する複数のボンディングワイヤとを備えたことにより、トロイダル型のコイルを実現することが可能になる。

請求項３記載の発明は、
請求項１若しくは請求項２記載の発明であるインダクタンス素子において、
高透磁率物質を、
前記複数の配線パターンの上であって且つ前記複数のボンディングワイヤの下に位置するように配置したことにより、インダクタンス値が大きなインダクタンス素子を実現できる。

請求項４記載の発明は、
請求項１若しくは請求項２記載の発明であるインダクタンス素子において、
高透磁率の樹脂状の材料を、
前記複数の配線パターンの上であって且つ前記複数のボンディングワイヤの下に位置するように塗布したことにより、インダクタンス値が大きなインダクタンス素子を実現できる。

請求項５記載の発明は、
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の発明であるインダクタンス素子において、
前記ボンディングワイヤの長さを変更することによりインダクタンス値を微調整することにより、構成されるインダクタンス素子（ソレノイドコイル、若しくは、トロイダルコイル）のインダクタンス値を微調整することが可能になる。

請求項６記載の発明は、
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の発明であるインダクタンス素子において、
前記ボンディングワイヤの太さを変更することによりインダクタンス値を微調整することにより、構成されるインダクタンス素子（ソレノイドコイル、若しくは、トロイダルコイル）のインダクタンス値を微調整することが可能になる。

請求項７記載の発明は、
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の発明であるインダクタンス素子において、
前記ボンディングワイヤの形状を変更することによりインダクタンス値を微調整することにより、構成されるインダクタンス素子（ソレノイドコイル、若しくは、トロイダルコイル）のインダクタンス値を微調整することが可能になる。

請求項８記載の発明は、
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の発明であるインダクタンス素子において、
前記複数の配線パターンの一部の用いないように前記ボンディングワイヤで配線して巻き数を調整することにより、トリミング的なインダクタンス値の調整が可能になる。

請求項９記載の発明は、
高周波回路に用いられるインダクタンス素子の製造方法であって、
基板の絶縁膜上に平行に位置するように複数の配線パターンを形成する工程と、互いに隣接する２つの前記配線パターンのうち一方の前記配線パターンの他端と他方の前記配線パターンの一端をボンディングワイヤで順次接続する工程とから成ることにより、低コストで小型化が可能になる。

請求項１０記載の発明は、
高周波回路に用いられるインダクタンス素子の製造方法であって、
基板の絶縁膜上に環状に位置するように複数の配線パターンを形成する工程と、互いに隣接する２つの前記配線パターンのうち一方の前記配線パターンの他端と他方の前記配線パターンの一端をボンディングワイヤで順次接続する工程とから成ることにより、トロイダル型のコイルを実現することが可能になる。

請求項１１記載の発明は、
請求項９若しくは請求項１０記載の発明であるインダクタンス素子の製造方法であって、
高透磁率物質を、
前記複数の配線パターンの上であって且つ前記複数のボンディングワイヤの下に位置するように配置する工程を有することにより、インダクタンス値が大きなインダクタンス素子を実現できる。

請求項１２記載の発明は、
請求項９若しくは請求項１０記載の発明であるインダクタンス素子の製造方法であって、
高透磁率の樹脂状の材料を、
前記複数の配線パターンの上であって且つ前記複数のボンディングワイヤの下に位置するように塗布する工程を有することにより、インダクタンス値が大きなインダクタンス素子を実現できる。

請求項１３記載の発明は、
請求項９乃至請求項１２のいずれかに記載の発明であるインダクタンス素子の製造方法であって、
ボンディングワイヤで配線パターン間を接続する工程において、前記ボンディングワイヤの長さを変更することによりインダクタンス値を微調整することにより、構成されるインダクタンス素子（ソレノイドコイル、若しくは、トロイダルコイル）のインダクタンス値を微調整することが可能になる。

請求項１４記載の発明は、
請求項９乃至請求項１２のいずれかに記載の発明であるインダクタンス素子の製造方法であって、
ボンディングワイヤで配線パターン間を接続する工程において、前記ボンディングワイヤの太さを変更することによりインダクタンス値を微調整することにより、構成されるインダクタンス素子（ソレノイドコイル、若しくは、トロイダルコイル）のインダクタンス値を微調整することが可能になる。

請求項１５記載の発明は、
請求項９乃至請求項１２のいずれかに記載の発明であるインダクタンス素子の製造方法であって、
ボンディングワイヤで配線パターン間を接続する工程において、前記ボンディングワイヤの形状を変更することによりインダクタンス値を微調整することにより、構成されるインダクタンス素子（ソレノイドコイル、若しくは、トロイダルコイル）のインダクタンス値を微調整することが可能になる。

請求項１６記載の発明は、
請求項９乃至請求項１２のいずれかに記載の発明であるインダクタンス素子の製造方法であって、
ボンディングワイヤで配線パターン間を接続する工程において、前記複数の配線パターンの一部の用いないように前記ボンディングワイヤで配線して巻き数を調整することにより、トリミング的なインダクタンス値の調整が可能になる。

以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
請求項１及び請求項９の発明によれば、半導体基板の絶縁膜上にソレノイドコイルの下部（一部分）を構成する配線パターンを形成し、ワイヤボンディングの工程で各配線パターンをボンディングワイヤで接続してソレノイドコイルの上部（他の部分）を形成することにより、低コストで小型化が可能になる。

また、請求項２及び請求項１０の発明によれば、配線パターンを環状に配置することにより、トロイダル型のコイルを実現することが可能になる。

また、請求項３，４，１１及び請求項１２の発明によれば、複数の配線パターンの上であって且つ複数のボンディングワイヤの下に位置するように高透磁率物質を配置することにより、インダクタンス値が大きなインダクタンス素子を実現できる。

また、請求項５，６，７，１３，１４及び請求項１５の発明によれば、ソレノイドコイル、若しくは、トロイダルコイルの下部を構成する配線パターンを結線するボンディングワイヤの長さ（ループの高さ）やボンディングワイヤの太さ、形状等を変更することにより、構成されるインダクタンス素子（ソレノイドコイル、若しくは、トロイダルコイル）のインダクタンス値を微調整することが可能になる。

また、請求項８及び請求項１６の発明によれば、複数の配線パターンの一部の用いないようにボンディングワイヤで配線して巻き数を調整することにより、トリミング的なインダクタンス値の調整が可能になる。

以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１及び図２は本発明に係るインダクタンス素子の製造方法の一実施例であって半導体基板上の一部分を示す平面図である。

図１において７及び９はグランドパターン、８は中心導体、１０，１１，１２，１３及び１４はソレノイドコイルの下部を構成する配線パターンである。また、図２において１５，１６，１７，１８，１９及び２０はソレノイドコイルの上部を構成するボンディングワイヤである。

図２に示す第１の実施例の製造方法としては、先ず第１に、半導体基板（図示せず。）の絶縁膜上に中心導体８を形成し、当該中心導体８の両側には中心導体８に並行するようにグランドパターン７及び９を形成して高周波回路を構成する。

また、グランドパターン９であって図１中”ＡＲ０１”に示す領域はグランドパターンの代わりにソレノイドコイルの下部を構成する配線パターン１０，１１，１２，１３及び１４を平行に順次形成する。

図２において中心導体８の一部と配線パターン１０の一端をボンディングワイヤ１５で相互に接続して、配線パターン１０の他端と配線パターン１１の一端をボンディングワイヤ１６で相互に接続する。

また、配線パターン１１の他端と配線パターン１２の一端をボンディングワイヤ１７で相互に接続して、配線パターン１２の他端と配線パターン１３の一端をボンディングワイヤ１８で相互に接続する。

さらに、配線パターン１３の他端と配線パターン１４の一端をボンディングワイヤ１９で相互に接続して、配線パターン１４の他端と図示しない配線パターンの一端をボンディングワイヤ２０で相互に接続する。

すなわち、各ボンディングワイヤで、互いに隣接する２つの配線パターンのうち一方の配線パターンの他端と他方の配線パターンの一端を順次接続してゆく。

図２から分かるように配線パターン１０、ボンディングワイヤ１６、配線パターン１１、ボンディングワイヤ１７、配線パターン１２、ボンディングワイヤ１８、配線パターン１３、ボンディングワイヤ１９、配線パターン１４及びボンディングワイヤ２０という順番でソレノイドコイル（インダクタンス素子）が構成される。

このように構成されるインダクタンス素子（ソレノイドコイル）の下部は、半導体基板の絶縁膜上に配線パターンにより形成されるので、小さな面積にインダクタンス素子（ソレノイドコイル）を形成することが可能になる。

また、インダクタンス素子（ソレノイドコイル）の上部を形成する工程としては、チップと半導体パッケージ間のワイヤボンディング工程において同時に行うことができるので、製造工程が増加することなく低コスト化が図れることになる。

さらに、当該ワイヤボンディング工程でソレノイドコイルの下部を構成する配線パターンを結線するボンディングワイヤの長さ（ループの高さ）やボンディングワイヤの太さ、形状等を変更することにより、構成されるインダクタンス素子（ソレノイドコイル）のインダクタンス値を微調整することが可能になる。

この結果、半導体基板の絶縁膜上にソレノイドコイルの下部（一部分）を構成する配線パターンを形成し、ワイヤボンディングの工程で各配線パターンをボンディングワイヤで接続してソレノイドコイルの上部（他の部分）を形成することにより、低コストで小型化が可能でインダクタンス値の微調整が可能になる。

なお、図１及び図２に示す第１の実施例ではコプレーナ線路（Coplanar Waveguide）等の導波路線路を高周波回路として例示しているが、勿論、これに限定されるわけではなく、その他の高周波回路に適宜用いても構わない。

また、インダクタンス素子として、例えば、チョークコイル等のＱ値に対する要求は低く、大きなインダクタンス値が必要な場合にはフェライト等の高透磁率の物質を図２に示すインダクタンス素子（ソレノイドコイル）の中心に実装しても構わない。

例えば、図３はこのような大きなインダクタンス値を有するインダクタンス素子の第２の実施例であって半導体基板上の一部分を示す平面図である。図３において７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，１９及び２０は図２と同一符号を付してあり、２１はフェライト等の高透磁率物質である。

図３に示す第２の実施例の製造方法としては、図１に示す半導体基板の絶縁膜上に形成されたソレノイドコイルの下部（一部分）を構成する複数の配線パターンの上に跨るように予め高透磁率物質２１を実装しておき、図２に示す要領でボンディングワイヤのボンディングを行うことになる。

また、ワイヤボンディングの工程で、半導体基板の絶縁膜上に形成されたソレノイドコイルの下部（一部分）を構成する配線パターンの一部の用いないようにボンディングワイヤで配線することにより、トリミング的なインダクタンス値の調整が可能になる。

また、図３に示す第２の実施例では予め高透磁率物質２１を半導体基板上に実装しているが、図２に示すようにボンディングワイヤで配線した後に、形成されたソレノイドコイル内に高透磁率の樹脂状（硬化型）の材料を塗布しても構わない。

例えば、図４はこのような配線パターンの一部の用いないインダクタンス素子の第３の実施例であって半導体基板上の一部分を示す平面図である。図４において７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７及び１８は図２と同一符号を付してあり、２２はソレノイドコイルの下部（一部分）を構成する配線パターン、２３はソレノイドコイルの上部（他の部分）を構成するボンディングワイヤである。

図４において、ボンディングワイヤ２３は、ソレノイドコイルの下部（一部分）を構成する配線パターン１３と配線パターン１４及び２２とを接続することなく他の配線パターン等（図示せず。）との間で接続を行っており、これによって、インダクタンス素子（ソレノイドコイル）の巻き数を調整することができるので、トリミング的なインダクタンス値の調整が可能になる。

また、図１乃至図４に示す各実施例ではソレノイドコイルの下部を構成する配線パターン１０，１１，１２，１３及び１４は平行に順次形成しているが、当該配線パターンを環状に配置することにより、トロイダル型のコイルを実現することが可能になる。

例えば、図５はこのようなトロイダル型のコイルを実現したインダクタンス素子の第４の実施例であって半導体基板上の一部分を示す平面図である。図５において２４，２５，２６，２７，２８，２９，３０及び３１はトロイダル型のコイルの下部（一部分）を構成する配線パターン、３２，３３，３４，３５，３６，３７及び３８はトロイダル型のコイルの上部（他の部分）を構成するボンディングワイヤである。

図５において半導体基板の絶縁膜上に配線パターン２４，２５，２６，２７，２８，２９，３０及び３１が環状になるように形成する。そして、配線パターン２４の他端と配線パターン２５の一端をボンディングワイヤ３２で相互に接続して、配線パターン２５の他端と配線パターン２６の一端をボンディングワイヤ３３で相互に接続する。

また、配線パターン２６の他端と配線パターン２７の一端をボンディングワイヤ３４で相互に接続して、配線パターン２７の他端と配線パターン２８の一端をボンディングワイヤ３５で相互に接続する。

また、配線パターン２８の他端と配線パターン２９の一端をボンディングワイヤ３６で相互に接続して、配線パターン２９の他端と配線パターン３０の一端をボンディングワイヤ３７で相互に接続する。最後に、配線パターン３０の他端と配線パターン３１の一端をボンディングワイヤ３８で相互に接続する。

図５から分かるように配線パターン２４、ボンディングワイヤ３２、配線パターン２５、ボンディングワイヤ３３、配線パターン２６、ボンディングワイヤ３４、配線パターン２７、ボンディングワイヤ３５、配線パターン２８、ボンディングワイヤ３６、配線パターン２９、ボンディングワイヤ３７、配線パターン３０、ボンディングワイヤ３８及び配線パターン３１という順番でトロイダル型のコイル（インダクタンス素子）が構成される。

また、図５に示す第４の実施例において、図３に示すように、フェライト等の高透磁率の物質を図２に示すインダクタンス素子（トロイダルコイル）の中心に実装しても勿論構わない。この場合には、インダクタンス値が大きなインダクタンス素子を実現できる。

また、図１乃至図５に示した各実施例では基板として半導体基板を例示しているが、フェライトやセラミック等の絶縁基板等どのような基板を用いても別段問題はない。

本発明に係るインダクタンス素子の製造方法の一実施例であって半導体基板上の一部分を示す平面図である。 本発明に係るインダクタンス素子の製造方法の一実施例であって半導体基板上の一部分を示す平面図である。 本発明に係るインダクタンス素子の第２の実施例であって半導体基板上の一部分を示す平面図である。 本発明に係るインダクタンス素子の第３の実施例であって半導体基板上の一部分を示す平面図である。 本発明に係るインダクタンス素子の第４の実施例であって半導体基板上の一部分を示す平面図である。 従来のインダクタンス素子の一例を示す平面図である。 従来のインダクタンス素子の一例を示す断面図である。

符号の説明

１ 渦巻きパターン
２，４，１０，１１，１２，１３，１４，２２，２４，２５，２６，２７，２８，２９，３０，３１ 配線パターン
３ ボンディングパッド
５，１５，１６，１７，１８，１９，２０，２３，３２，３３，３４，３５，３６，３７，３８ ボンディングワイヤ
６ 半導体基板
７，９ グランドパターン
８ 中心導体
２１ 高透磁率物質

Claims (16)

1. 高周波回路に用いられるインダクタンス素子において、
   基板の絶縁膜上に平行に位置するように形成された複数の配線パターンと、
   互いに隣接する２つの前記配線パターンのうち一方の前記配線パターンの他端と他方の前記配線パターンの一端を順次接続する複数のボンディングワイヤと
   を備えたことを特徴とするインダクタンス素子。
2. 高周波回路に用いられるインダクタンス素子において、
   基板の絶縁膜上に環状に位置するように形成された複数の配線パターンと、
   互いに隣接する２つの前記配線パターンのうち一方の前記配線パターンの他端と他方の前記配線パターンの一端を順次接続する複数のボンディングワイヤと
   を備えたことを特徴とするインダクタンス素子。
3. 高透磁率物質を、
   前記複数の配線パターンの上であって且つ前記複数のボンディングワイヤの下に位置するように配置したことを特徴とする
   請求項１若しくは請求項２記載のインダクタンス素子。
4. 高透磁率の樹脂状の材料を、
   前記複数の配線パターンの上であって且つ前記複数のボンディングワイヤの下に位置するように塗布したことを特徴とする
   請求項１若しくは請求項２記載のインダクタンス素子。
5. 前記ボンディングワイヤの長さを変更することによりインダクタンス値を微調整することを特徴とする
   請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のインダクタンス素子。
6. 前記ボンディングワイヤの太さを変更することによりインダクタンス値を微調整することを特徴とする
   請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のインダクタンス素子。
7. 前記ボンディングワイヤの形状を変更することによりインダクタンス値を微調整することを特徴とする
   請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のインダクタンス素子。
8. 前記複数の配線パターンの一部の用いないように前記ボンディングワイヤで配線して巻き数を調整することを特徴とする
   請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のインダクタンス素子。
9. 高周波回路に用いられるインダクタンス素子の製造方法であって、
   基板の絶縁膜上に平行に位置するように複数の配線パターンを形成する工程と、
   互いに隣接する２つの前記配線パターンのうち一方の前記配線パターンの他端と他方の前記配線パターンの一端をボンディングワイヤで順次接続する工程と
   から成ることを特徴とするインダクタンス素子の製造方法。
10. 高周波回路に用いられるインダクタンス素子の製造方法であって、
    基板の絶縁膜上に環状に位置するように複数の配線パターンを形成する工程と、
    互いに隣接する２つの前記配線パターンのうち一方の前記配線パターンの他端と他方の前記配線パターンの一端をボンディングワイヤで順次接続する工程と
    から成ることを特徴とするインダクタンス素子の製造方法。
11. 高透磁率物質を、
    前記複数の配線パターンの上であって且つ前記複数のボンディングワイヤの下に位置するように配置する工程を有することを特徴とする
    請求項９若しくは請求項１０記載のインダクタンス素子の製造方法。
12. 高透磁率の樹脂状の材料を、
    前記複数の配線パターンの上であって且つ前記複数のボンディングワイヤの下に位置するように塗布する工程を有することを特徴とする
    請求項９若しくは請求項１０記載のインダクタンス素子の製造方法。
13. ボンディングワイヤで配線パターン間を接続する工程において、
    前記ボンディングワイヤの長さを変更することによりインダクタンス値を微調整することを特徴とする
    請求項９乃至請求項１２のいずれかに記載のインダクタンス素子の製造方法。
14. ボンディングワイヤで配線パターン間を接続する工程において、
    前記ボンディングワイヤの太さを変更することによりインダクタンス値を微調整することを特徴とする
    請求項９乃至請求項１２のいずれかに記載のインダクタンス素子の製造方法。
15. ボンディングワイヤで配線パターン間を接続する工程において、
    前記ボンディングワイヤの形状を変更することによりインダクタンス値を微調整することを特徴とする
    請求項９乃至請求項１２のいずれかに記載のインダクタンス素子の製造方法。
16. ボンディングワイヤで配線パターン間を接続する工程において、
    前記複数の配線パターンの一部の用いないように前記ボンディングワイヤで配線して巻き数を調整することを特徴とする
    請求項９乃至請求項１２のいずれかに記載のインダクタンス素子の製造方法。
    
    

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