JP2006054207A - Inductance element, multilayer substrate incorporating inductance element, semiconductor chip and chip type inductance element - Google Patents

Inductance element, multilayer substrate incorporating inductance element, semiconductor chip and chip type inductance element Download PDF

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裕一 市川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a inductance element formed in a multilayer substrate and functioning as a small transformer having good characteristics in which the number of turns can be altered freely in the same process, the forming direction of a coil can be altered, and the coil exhibits high efficiency as the transformer. <P>SOLUTION: The inductance element has a plurality of coils formed integrally with a multilayer substrate wherein the plurality of coils are supported in the multilayer substrate. Center lines of magnetic fields generated from the plurality of coils are substantially aligned, and the plurality of coils are arranged such that at least parts thereof overlap with each other three-dimensionally. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多層基板内に形成されたインダクタンス素子に関し、より詳しくは、トランスとしての機能を有する多層基板内に形成された複数のコイルを含むインダクタンス素子、当該インダクタンス素子を内蔵する多層基板、当該多層基板が積層された半導体チップ、及びチップ型インダクタンス素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コイル類は古くからアンテナ、モーターなど、広い分野で用いられてきた。電子機器の分野では、コイルを使用したインダクタ（インダクタンス素子）と呼ばれる素子が、単独あるいは複合の電子部品として、又はＩＣチップの外面に積層された素子などとして製造されており、広く用いられている。そのようなインダクタンス素子には、単体のコイルを含むものだけでなく、相互に磁気的に結合した複数のコイルを含むものがある。後者は、供給された電流の電圧を所定の電圧に変換する変圧器やインピーダンスを変換する変成器として機能するものであり、トランスとして知られている構造である。そのような素子の形態は多様であり、例えばインダクタのみを表面実装用にチップ化したものはチップインダクタ（チップ型インダクタンス素子）と呼ばれ、携帯電話には１台に２０個以上搭載されているという報告もある。インダクタを内蔵した部品も数多くあり、例えばインダクタとコンデンサとを組み合わせた積層ＬＣフィルタと呼ばれる部品は、ノイズ除去などの目的で高周波用途を中心に広く用いられている。また、ＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator）と呼ばれる部品もインダクタとコンデンサとを組み合わせた内部構造を有している。ＶＣＯは、加える電圧によって発振周波数を変えることができる発振器であり、無線回路の品質を左右する重要な部品である。近年爆発的に普及した携帯電話を始めとする高周波領域での使用を想定した機器には、これらの部品が多数搭載されている。電子機器の小型軽量化が進行するに伴い、これらの部品にも小型化が強く求められている。小型のトランスを実現することを目的とした構造としては、下記のような従来の技術がある。
【０００３】
特開２００２−１５８１３５号公報には、その図３３〜３７に、多層基板内に形成された２つのコイルでトランスを構成する構造を有するカプラが記載されている。このカプラでは、２つのコイルを積層方向に対向させて配置している。しかし、このような構造では、積層させる導体層の数に制限があるため、コイルの巻数に制限が有り、充分な機能を果たすことが難しい。また、コイルの単位巻線が形成する面は多層基板に平行であるので、断面積を大きくすると多層基板上に大きい面積を必要とし、小型化することが困難である。更に、２つのコイルは、対向させられて配置されているため、１つのコイルが占める体積の２倍の体積の多層基板を占有し、スペース効率が低く、小型化することが難しい。また更に、２つのコイルは立体的なオーバーラップ（重なり合い）を有しないため、一方のコイルが発生する磁場による他方のコイルへの鎖交磁束の量が限られており、それらの間の磁気的な結合を大きくすることが困難である。また更に、２つのコイルのトランスとしての効率を高めるために、それらの中心軸に沿って磁性体を配置しようとしたとしても、その方向は基板に垂直であるため、磁性体を形成することは極めて困難である。
【０００４】
特開平４−２３７１０６号公報には、集積化インダクタ素子及び集積化トランスが記載されている。その集積化インダクタ素子及び集積化トランスは、半導体基板上に絶縁膜と金属膜とを交互に積層することによって形成されるものであり、コイルの中心軸は基板に平行な方向にある。しかし、そこには基板に対し垂直方向の螺旋状回路部分はスルーホールまたはビアホールによって形成するとの記述はあるが、より具体的な製造法についての説明はない。また、２つのコイルは、対向させられて配置されているため、１つのコイルが占める体積の２倍の体積の基板を占有し、スペース効率が低く、小型化することが難しい。更に、２つのコイルは立体的なオーバーラップを有しないため、一方のコイルが発生する磁場による他方のコイルへの鎖交磁束の量が限られており、それらの間のトランスとしての効率を高くすることが困難である。
【０００５】
特開平１１−４０９２０号公報には、複数のインダクタを集積化した複合部品が記載されている。しかし、それらの複数のインダクタは、隣接するインダクタの発生する磁束が略直交するようにインダクタを配置したものであり、従って、それらの複数のインダクタは、トランスとして機能するものではない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、多層基板内に形成され、同一のプロセスでコイルの巻数を自由に変更でき、コイルの形成方向を自由に変更でき、コイルのトランスとしての効率が高く、小型で特性の良好なトランスとして機能するインダクタンス素子を提供することを目的とする。またそのようなインダクタンス素子を内蔵する多層基板及びチップ型素子、並びにそのようなインダクタンス素子が外面に積層された半導体チップを提供することも目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、次の特徴を有する本発明より達成される。請求項１に記載の発明は、多層基板と一体的に形成される複数のコイル、を有し、複数の当該コイルは、当該多層基板内に支持され、複数の当該コイルの発生磁界の中心線は、それぞれ略一致し、及び複数の当該コイルのそれぞれは、お互いに少なくとも一部が立体的にオーバーラップするように配置されることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明の特徴に加えて、複数の当該コイルは、それの単位巻線が作るコイル面が当該多層基板に垂直であり、及び当該多層基板に平行な巻線部分及び当該多層基板に垂直な巻線部分を含むことを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明の特徴に加えて、複数の当該コイルの単位巻線は、同じコイルの隣接する他の単位巻線と同じ方向から見た場合に互いに反対方向に旋回する螺旋状のパターンをそれぞれ有し、及び互いに隣接する当該単位巻線の組は、当該螺旋状のパターンの先端同士又は末端同士において交互に接続されることを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の発明の特徴に加えて、複数の当該コイルのそれぞれの単位巻線は、所定の配置単位を反復するように配置されることを特徴とする。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明の特徴に加えて、複数の当該コイルのそれぞれの単位巻線の当該所定の配置単位は、すべての複数の当該コイルの単位巻線が、それぞれ当該多層基板に垂直な同一平面内に配置されるような配置単位であることを特徴とする。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の発明の特徴に加えて、複数の当該コイルは、２つのコイルであり、及び当該２つのコイルのそれぞれの単位巻線の当該所定の配置単位は、当該２つのコイルの単位巻線が、それぞれ当該コイルの中心軸方向に関して交互に配置されるような配置単位であることを特徴とする。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、請求項２から６のいずれか１項に記載の発明の特徴に加えて、当該コイルの内部を貫通する磁性体からなる芯構造を更に有することを特徴とする。
【００１４】
請求項８に記載の発明は、請求項２から７のいずれか１項に記載の発明の特徴に加えて、当該多層基板上に形成され、及び当該コイルの所定の箇所にそれぞれ接続された２つ以上の電極部を更に有することを特徴とする。
【００１５】
請求項９に記載の発明は、請求項２から８のいずれか１項に記載の発明の特徴に加えて、当該電極部の少なくともいずれかは、当該コイルの末端に接続されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の発明の特徴に加えて、当該電極部は、当該多層基板の同じ側の外面上に形成され、及び当該電極部で同じコイルに接続されたものは、当該コイルの両側のコイルエッジ近傍のいずれかの側に、当該コイルの中心軸に関して交互に形成されることを特徴とする。
【００１７】
請求項１１に記載の発明は、請求項８又は９に記載の発明の特徴に加えて、少なくとも１つの当該電極部は、当該電極部と同じコイルが接続された他の電極部であって、当該多層基板の同じ側の外面上に形成された他の電極部の少なくともいずれかと、間隙を介して対向する位置まで延在するように設けられていることを特徴とする。
【００１８】
請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の発明の特徴に加えて、当該の対向する電極部同士は、導体によって接続され、それによって、当該電極部同士は、トリミングにより分断可能となっていることを特徴とする。
【００１９】
請求項１３に記載の発明は、請求項２から１２のいずれか１項に記載の発明の特徴に加えて、当該多層基板と一体的に形成されるコンデンサであって、当該コイルの所定の箇所と電気的に接続されるコンデンサを更に有することを特徴とする。
【００２０】
請求項１４に記載の発明は、請求項２から１３のいずれか１項に記載のインダクタンス素子と、当該多層基板と、を有し、及び当該多層基板上に又はその内部に他の回路が支持されていることを特徴とする。
【００２１】
請求項１５に記載の発明は、請求項１４に記載のインダクタンス素子内蔵多層基板が外面に積層されたことを特徴とする。
【００２２】
請求項１６に記載の発明は、請求項８から１３のいずれか１項に記載のインダクタンス素子と、当該多層基板と、を有し、及び当該多層基板は、当該インダクタンス素子を支持することができる平板であることを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明していく。これから本発明の第１の実施形態に係るインダクタンス素子１０の構成について説明する。図１（ａ）は、インダクタンス素子１０の構成を表わす斜視図である。インダクタンス素子１０は、コイル１０ａ（図１（ａ）の実線部分）及びコイル１０ｂ（図１（ａ）の点線部分）から構成される。この実施形態では、コイル１０ａ及び１０ｂは、多層基板１０ｅにおける複数の絶縁層の形成ステップにおいて、絶縁層の間に形成される導電層の一部として形成される部分を含むインダクタンスを与える構成要素であって、中心軸が多層基板に平行であり、それの単位巻線１０ｃ及び１０ｄが作るコイル面が多層基板に垂直であり、及び多層基板に平行な巻線部分及び当該多層基板に垂直な巻線部分を含む。コイル１０ａ及び１０ｂは、投射形状が四角形等の、導線の繰り返されるパターンである単位巻線１０ｃ及び１０ｄが、それぞれ電気的に直列に連続して接続された形態で構成される。本明細書におけるコイル１０ａ及び１０ｂ並びにそれの単位巻線１０ｃ及び１０ｄの形態は、インダクタンスを与えるためのいかなる形態も広く含むものとする。好適には、コイル１０ａ及び１０ｂの多層基板１０ｅに平行な巻線部分は、積層される導電層の一部として形成され、多層基板１０ｅに垂直な巻線部分は、絶縁層を介して隣接する導電層間を接続するバンプ、ビア或いはスルーホール（に充填された導体）などとして形成される。このようにしてコイル１０ａ及び１０ｂを形成することにより、ビルドアップ工法などの公知の多層基板製造技術を利用して、多層基板の製造工程においてコイル１０ａ及び１０ｂを多層基板内に同時に形成することが可能となる。コイル１０ａ及び１０ｂの末端は、多層基板１０ｅの長手方向に向かって延びており、多層基板１０ｅ内の他の回路と接続することができる。多層基板１０ｅは、絶縁層を積層させて構成される基板である。図で多層基板１０ｅの輪郭線が破線で示されているのは、多層基板１０ｅがコイル１０ａ及び１０ｂを含む領域の外にも広がっていてもいいことを示している。なお、実際の多層基板１０ｅの形成ステップでは、絶縁層と導電層とが交互に積層させられる。そして、導電層の部分は前述のコイル１０ａ及び１０ｂの一部となり、他の絶縁層の部分は多層基板１０ｅとなる。コイル１０ａとコイル１０ｂとは、それらのコイルの発生磁界の中心線が、それぞれ略一致するように配置され、通常は、それらのコイルの中心線が一致するように配置される。このように配置することによって、一方のコイルの作る磁力線が他方のコイルのコイル面に対して垂直に近い状態で入射するために、一方のコイルが発生した磁場による他方のコイルへの鎖交磁束を大きくすることができる（漏れインダクタンスを小さくすることができる）。更にコイル１０ａとコイル１０ｂとは、お互いに少なくとも一部が立体的にオーバーラップするように配置される。このように配置することによって、お互いのコイルの間の距離（例えば中心間距離）が小さくなるために、一方のコイルが発生した磁場による他方のコイルへの鎖交磁束を更に大きくすることができる。このように鎖交磁束を大きくすることができると、効率の高いトランスを構成することができる。また、このようなコイルの配置によって、コイル１０ａ及び１０ｂが占有する多層基板１０ｅの体積を小さくすることができ、コイルの配置密度を上げて、インダクタンス素子１０をより小型にすることができる。この実施形態では、それらのコイルは、所定の単位巻線の配置単位を反復するように配置されており、特に、２つのコイルの単位巻線がそれぞれコイルの中心軸方向に関して交互に配置されるような配置単位を反復するように配置されている。このような規則的な配置をすることによって、コイルの配置密度を上げることができ、コイルの間の磁気的な結合も大きくすることができる。なお、インダクタンス素子１０は、コイル１０ａ及び１０ｂと多層基板１０ｅとの全体を意味するのではなく、多層基板１０ｅ内に保持されたことを特徴とするコイル１０ａ及び１０ｂから構成されるインダクタンス素子を意味する（インダクタンス素子９０を除き、以下、同様である）。なお、インダクタンス素子１０のコイルは、その中心線が直線であるが、中心線が曲線であっても構わない。その際、曲線は閉じていてもよく、この場合、コイルはトロイダル型となる。インダクタンス素子１０は、一次側と二次側との間で電圧及びインピーダンスを変換するトランスとして機能するが、図１６（ａ）に示すように、一次側のコイル１０ｂの一方の端子に不平衡入力を接続し、二次側のコイル１０ａのそれと瞬時電圧極性が同じ側の端子を接地すると、コイル１０ａ及び１０ｂのそれぞれ他方の端子の間より、平衡出力を得ることができ、バラン（平衡不平衡変成器）としても機能させることができる。
【００２４】
巻数比に関する代替の実施形態として、図１（ｂ）にインダクタンス素子１１を示す。インダクタンス素子１１は、インダクタンス素子１０とほぼ同様の構造を有しているが、コイル１１ｂの単位巻線１１ｄが２回巻である点で異なっている。この実施形態によれば、巻数比が１：２のトランスを含むインダクタンス素子を構成することができる。ここで、コイルの単位巻線はコイルの中心軸方向に関して均等に配置されているため、一方のコイルが発生した磁場による他方のコイルへの鎖交磁束を大きくすることができ、効率的なトランスを構成することができる。なお、単位巻線１１ｄの巻数は自由に変更することができる（整数にも限られない。）ため、任意の巻数比を得ることができる。
【００２５】
単位巻線の配置に関する代替の実施形態として、図１（ｃ）にインダクタンス素子１２を示す。インダクタンス素子１２は、インダクタンス素子１０とほぼ同様の構造を有しているが、３つのコイル１２ａ、１２ｂ、及び１２ｂ’から構成される点で異なっている。コイル１２ａとコイル１２ｂとコイル１２ｂ’とは、それらのコイルの発生磁界の中心線が、それぞれ略一致するように配置され、お互いに少なくとも一部が立体的にオーバーラップするように配置される。それらのコイルは、所定の単位巻線の配置単位を反復するように配置されており、特に、３つのコイルの単位巻線がそれぞれコイルの中心軸方向に関して順番に配置されるような配置単位を反復するように配置されている。この実施形態によれば、３つ以上の独立したコイルからなるトランスを含むインダクタンス素子を構成することができ、幅広い用途に用いることができる。
【００２６】
積層方向に関する代替の実施形態として、図１（ａ）に「代替の実施形態における積層方向」と示した方向、すなわちコイルの単位巻線を逐一積層する方向に積層させることもできる。このようにすると、積層される膜の数に制限があるため巻数の大きいコイルを作ることは難しいが、導体を層間で接続する箇所を少なくすることができるため、製造は容易となる。なお、多層基板の材料としてセラミック材料を用いた場合は、グリーンシートに導電性ペーストを印刷して、それを多層化後に一括焼結することが比較的容易であるのに対し、多層基板の材料として有機材料を用いたビルドアップ工法の場合は、プロセスが複雑となり、多層化に伴う歩留まりの低下やコストアップが問題となる。従って、図１（ａ）に「積層方向」として多層基板の積層方向を示した本発明の実施形態の構成は、多層基板の積層数が制限されていても任意のコイル長のコイルを形成できるため、そのような従来のビルドアップ工法に伴う問題が解消される。
【００２７】
次に、本発明の第２の実施形態に係るインダクタンス素子２０の構成について説明する。図２（ａ）は、インダクタンス素子２０の構成を示す斜視図である。インダクタンス素子２０は、インダクタンス素子１０とほぼ同様の構造を有しているが、多層基板２０ｅの外面に、コイル２０ａの所定の箇所と接続された電極部２０ｆに代表される電極部が形成された構造を更に有している点で違っている。このように、多層基板２０ｅの外面に電極部２０ｆが形成されているため、多層基板２０ｅの外部からインダクタンス素子２０への配線をそこを通じて簡単に行わせることができる。図２（ａ）では、電極部２０ｆはコイルの末端に接続されている。この形態の電極部は、コイル全体の機能を必要とする入出力を経由させるのに好適である。図１３（ａ）にインダクタンス素子２０の回路図を示す。なお他の形態として、電極部をコイルの末端以外の所定の箇所に接続してもよい。この形態の電極部は、コイルの一部の機能を必要とする入出力を経由させるのに好適であり、タップとして使用することができる。
【００２８】
コイルの配置に関する代替の実施形態として、図２（ｂ）にインダクタンス素子２１を示す。インダクタンス素子２１は、インダクタンス素子２０とほぼ同様の構造を有しているが、３つのコイル２１ａ、２１ｂ、及び２１ｂ’から構成される点、及び電極部２１ｆが増えたコイルの数に応じて追加されている点で異なっている。コイル２１ａとコイル２１ｂとコイル２１ｂ’とは、それらのコイルの発生磁界の中心線が、それぞれ略一致するように配置され、お互いに少なくとも一部が立体的にオーバーラップするように配置される。それらのコイルは、所定の単位巻線の配置単位を反復するように配置されており、特に、３つのコイルの単位巻線がそれぞれコイルの中心軸方向に関して順番に配置されるような配置単位を反復するように配置されている。この実施形態によれば、３つ以上の独立したコイルからなるトランスを含むインダクタンス素子を構成することができ、幅広い用途に用いることができる。また、２つ以上のコイルを、電極部２１ｆにおいて導線などでジャンプすることにより直列に接続することによって、使用時に巻数比を変更できるトランスを得ることができる。
【００２９】
次に、本発明の第３の実施形態に係るインダクタンス素子３０の構成について説明する。図３（ａ）は、インダクタンス素子３０の構成を示す斜視図である。インダクタンス素子３０は、インダクタンス素子１０とほぼ同様の構造を有しているが、多層基板３０ｅの同じ側の外面上に電極部３０ｆ及び３０ｇが形成された構造を更に有している点で違っている。図３（ｂ）は、インダクタンス素子３０の電極部３０ｆ及び３０ｇの構成を示す図である。電極部３０ｆ及び３０ｇは、同一のコイル、ここではコイル３０ｂの所定の箇所に接続されている。このように、多層基板３０ｅの外面に電極部３０ｆ及び３０ｇが形成されているため、そこを通じて多層基板３０ｅの外部からインダクタンス素子３０への配線を簡単に行うことができる。特に電極部３０ｇは、タップとして使用すると好適である。更に電極部３０ｆは、電極部３０ｇと、間隙（図３（ｂ）で「間隙」と示した部分）を介して対向する位置まで延在するように設けられる。すなわち、少なくとも１つの電極部（電極部３０ｆ）は、当該電極部と同じコイルが接続された他の電極部であって、多層基板の同じ側の外面上に形成された他の電極部（電極部３０ｇ）の少なくともいずれかと、間隙を介して対向する位置まで延在するように設けられている。ここでは、電極部３０ｆは、電極部３０ｇが多層基板３０ｅの長手方向に並べられている行と平行に隣接する行に沿って配置される。また、電極部３０ｇ同士は比較的距離を置いて配置されるが、電極部３０ｇと電極部３０ｆとは近接して配置されており、好適には電極部３０ｇと電極部３０ｆの間の間隙は、電極部３０ｇ同士の間の間隔より小さい。このような構成をとることによって、電極部３０ｆと、電極部３０ｇ（のいずれか）とを、ワイヤーボンディング、半田などでジャンプすることが可能になる。図３（ａ）及び図３（ｂ）では、ボンディングワイヤー３０ｈが、電極部３０ｆと右側の電極部３０ｇとの間をジャンプしている。このワイヤーによるジャンプによって、コイル３０ｂのジャンプされた電極部の間の巻線が短絡されるため、コイル３０ｂの巻数を減少させることと同じ効果を、使用時に自由に得ることができる。これによって、インダクタンス素子３０のトランスとしての巻数比を使用時に自由に変更することができる。後述のインダクタンス素子４０との比較では、インダクタンス素子３０は、いずれか１組の電極部をジャンプすることによって、巻数比を自由に変更することができるという利点がある。なお、ボンディングワイヤー３０ｈは、インダクタンス素子３０の構成要素ではなく、必要に応じ、ユーザが使用時に取り付けるものである。電極部３０ｆ及び３０ｇは、ランドなどの形態をした導体で構成される。インダクタンス素子３０の構成要素３０ａ〜３０ｅは、インダクタンス素子１０において符号の数字部分を１０から３０に替えた構成要素と対応している。図１３（ｂ）にインダクタンス素子３０の回路図を示す。図１３（ｂ）では点線で表わされたボンディングワイヤー３０ｈによって、末端の電極部３０ｆと中間の電極部３０ｇとがジャンプされており、コイル３０ｂのそれらの電極部の間の巻線が短絡されている。
【００３０】
次に、本発明の第４の実施形態に係るインダクタンス素子４０の構成について説明する。図４（ａ）は、インダクタンス素子４０の構成を示す斜視図である。インダクタンス素子４０は、インダクタンス素子３０とほぼ同様の構造を有しているが、多層基板４０ｅの同じ側の外面上に配置された電極部が、同一の形状の電極部４０ｇのみである点で違っている。図４（ｂ）は、インダクタンス素子４０の電極部４０ｇの構成を示す図である。電極部４０ｇは、同一のコイル、ここではコイル４０ｂの所定の箇所に接続されている。このように、多層基板４０ｅの外面に電極部４０ｇが形成されているため、そこを通じて多層基板４０ｅの外部からインダクタンス素子４０への配線を簡単に行うことができる。更に、いずれか１つの電極部４０ｇは、他の電極部４０ｇと、間隙（図４（ｂ）で「間隙」と示した部分）を介して対向する位置まで延在するように設けられる。すなわち、少なくとも１つの電極部（１つの電極部４０ｇ）は、当該電極部と同じコイルが接続された他の電極部であって、多層基板の同じ側の外面上に形成された他の電極部（他の電極部４０ｇ）の少なくともいずれかと、間隙を介して対向する位置まで延在するように設けられている。ここでは、電極部４０ｇは、多層基板４０ｅの長手方向の同じ行の中に並べられて配置される。また、電極部４０ｇ同士は近接して配置されており、その間隙は電極部４０ｇの幅（多層基板４０ｅの長手方向に平行な辺の長さ）より小さくなっている。このような構成をとることによって、電極部４０ｇ同士を、ワイヤーボンディングなどでジャンプすることが可能になる。図４（ａ）及び図４（ｂ）では、ボンディングワイヤー４０ｈが、電極部４０ｇの間をジャンプしている。このワイヤーによるジャンプによって、コイル４０ｂのジャンプされた電極部の間の巻線が短絡されるため、コイル４０ｂの巻数を減少させることと同じ効果を使用時に自由に得ることができる。これによって、インダクタンス素子４０のトランスとしての巻数比を使用時に自由に変更することができる。前述のインダクタンス素子３０との比較では、インダクタンス素子４０は、電極部４０ｇが１つの行に並べられて配置されているため、電極部４０ｇの占有する面積を小さくすることができるという利点がある。なお、ボンディングワイヤー４０ｈは、インダクタンス素子４０の構成要素ではなく、必要に応じ、ユーザが使用時に取り付けるものである。電極部４０ｇは、ランドなどの形態をした導体で構成される。インダクタンス素子４０の構成要素４０ａ〜４０ｅは、インダクタンス素子３０において符号の数字部分を３０から４０に替えた構成要素と対応している。図１３（ｃ）にインダクタンス素子４０の回路図を示す。図１３（ｃ）では点線で表わされたボンディングワイヤー４０ｈによって、末端の電極部４０ｆと２つの他の電極部４０ｇとがジャンプされており、コイル４０ｂのそれらの電極部の間の巻線が短絡されている。
【００３１】
次に、本発明の第５の実施形態に係るインダクタンス素子５０の構成について説明する。図５（ａ）は、インダクタンス素子５０の構成を示す斜視図である。インダクタンス素子５０は、インダクタンス素子３０とほぼ同様の構造を有しているが、対向する電極部３０ｇ及び３０ｆに代えて、その対向する電極部３０ｇと３０ｆとが導体（ランド）によって接続されて一体となったような形態の電極部５０ｇを構成要素としている点で異なっている。図５（ｂ）は、インダクタンス素子５０の電極部５０ｇの構成を示す図である。このような構成をとることにより、電極部５０ｇと所定の箇所で接続されたコイル５０ｂは、電極部５０ｇと接続された箇所の間が短絡され、なおかつ、図５（ｃ）に示すようにトリミングによってコイル５０ｂの異なる箇所に接続された電極部５０ｇの領域同士を分断して短絡を解除することが可能となる。このように、使用時に電極部５０ｇをトリミングによって分断することにより、コイル５０ｂの有効な巻数を自由に調整することができ、インダクタンス素子５０のトランスとしての巻数比を自由に調整することができる。図５（ｄ）は、電極部５０ｇの他の構成を示す図である。この電極部５０ｇは、インダクタンス素子４０の電極部４０ｇを導体によって一体的に接続したような構成をしている。電極部４０ｇを接続する導体の幅は、図５（ｄ）に示すように電極部４０ｇの幅より狭いとトリミングが簡単になり好適であるが、同じ幅であってもよい。このような構成をとることにより、図５（ｃ）に示したものと同様に、トリミングによってコイル５０ｂの異なる箇所に接続された電極部５０ｇの領域同士を分断して短絡を解除することが可能となる。
【００３２】
次に、本発明の第６の実施形態に係るインダクタンス素子６０の構成について説明する。図６は、インダクタンス素子６０の構成を示す斜視図である。インダクタンス素子６０は、インダクタンス素子２０とほぼ同様の構造を有しているが、コイル６０ａ及び６０ｂの内部に磁性体６０ｉからなる芯構造を有している点で違っている。インダクタンス素子６０の構成要素６０ａ〜６０ｆは、インダクタンス素子２０において符号の数字部分を２０から６０に替えた構成要素と対応している。このように、コイル６０ａ及びコイル６０ｂの内部に磁性体６０ｉが配置されているため、トランスの効率を高くすることができるという利点がある。なお、磁性体６０ｉの芯構造は、図６に示すような両端が開放された棒状のものであってもよいが、コイル６０ａの外側で両端同士が結ばれた環状（「ロ」の字形）であってもよい。また、それは複数の環状部分を有していてもよい。
【００３３】
次に、本発明の第７の実施形態に係るインダクタンス素子７０の構成について説明する。図７は、インダクタンス素子７０の構成を示す斜視図である。インダクタンス素子７０は、インダクタンス素子２０とほぼ同様の構造を有しているが、コイルの両端以外の所定の箇所に接続された電極部７０ｆがあること、及び同じコイル７０ａに接続された電極部７０ｆが、コイル７０ａの両側のコイルエッジ近傍のいずれかの側に、当該コイルの中心軸に関して交互に形成される点（千鳥配列）で違っている。インダクタンス素子７０の構成要素７０ａ〜７０ｆは、インダクタンス素子２０において符号の数字部分を２０から７０に替えた構成要素と対応している。このように、同じコイルに接続された電極部７０ｆが交互に形成されているため、それらの間の距離を離すことができ、生産性が向上し、電極部７０ｆに半田で導線を接続しやすくなり、誤接続が発生しにくくなる。図１３（ｄ）にインダクタンス素子７０の回路図を示す。コイル７０ａにタップが設けられており、これは図７で長手方向の中間位置に配置された電極部７０ｆに対応する。なお、コイルの末端以外に接続された電極部７０ｆは、タップとして使用することができる。二次側コイルの形態に関する代替の実施形態として、図１６（ｂ）にインダクタンス素子７１（構造は図示せず）の回路を示す。インダクタンス素子７１は、インダクタンス素子７０とほぼ同様の構造を有しているが、コイル７１ａが中間部で分断されている点、及びコイル７１ａの分断箇所のすぐ前後の２箇所の中間部にそれぞれ電極部７１ｆを有する点で異なっている。図１６（ｂ）で平衡出力と書かれた端子が、その中間部の２箇所の電極部７１ｆに対応する。このような構成をとることにより、お互いに電気的に相補な出力である平衡出力を中間部から取り出すことができる。ここで、図１６（ｃ）に示すように、インダクタンス素子７１の一次側のコイル７１ｂが、その中間部の両側において使用中心周波数の１／４波長のコイルの長さ（１／４波長共振器を形成）であって、かつ、二次側のコイル７１ａも、その分断された中間部の両側において使用中心周波数の１／４波長のコイルの長さ（１／４波長共振器を形成）であったとすると、一次側のコイル７１ｂ（の一方の端子）に不平衡入力が入力された場合に二次側のコイル７１ａ（の中間部の２箇所の端子）に平衡出力を出力するようなバラン（平衡不平衡変成器）としてそれを機能させることができる。
【００３４】
次に、本発明の第８の実施形態に係るインダクタンス素子８０の構成について説明する。図８は、インダクタンス素子８０の構成を示す斜視図である。インダクタンス素子８０は、インダクタンス素子２０とほぼ同様の構造を有しているが、コイル８０ａ又は８０ｂの所定の箇所と接続されたコンデンサ８０ｊ、接続部８０ｋを更に有している点で異なっている。コンデンサ８０ｊは、対向する２枚の極板と、それらに挟まれる誘電体とから構成される。なお、コンデンサの容量をさらに増大させることが必要な場合には、コンデンサ８０ｊは、一般の積層コンデンサで用いられているような、対向する櫛形の電極からなる極板と、その間に挟まれる多層の誘電体とから構成されるものであってもよい。極板は、好適には、多層基板における複数の絶縁層及び導電層のそれぞれの形成ステップにおいて導電層の一部として形成される。誘電体は、多層基板８０ｅを構成する絶縁材料と同じ材質でもよく、また、誘電率、費用、製造工程等を考慮して、多層基板８０ｅを構成する絶縁材料と異なる材質であってもよい。図８では、コイル８０ａ及び８０ｂの内部にコンデンサ８０ｊが配置されているが、コイルの外部にコンデンサを配置してもよい。コイルの内部にコンデンサが配置されるような構造では、集積度を上げて、全体の厚みを薄くしやすいという利点がある。また、単位巻線（８０ｃ及び８０ｄ）の磁界と鎖交する面積を大きくして、インダクタンス素子８０のトランスとしての効率を高くすることができるという利点がある。一方、コイルの外部にコンデンサが配置されるような構造では、コイルの部分を積層により形成するときの工程を単純にすることができ、また、より大きい極板面積のコンデンサを選ぶことができるという利点がある。更に、コンデンサの極板をトリムすることによって、静電容量を微調整することもできるという利点もある。図８では、コイル８０ａ及び８０ｂは単層のコイルであるが、それらのコイルの少なくともいずれかが、後述のインダクタンス素子１１０が有する多層コイルの形態であってもよい。接続部８０ｋは、コイル８０ａ又は８０ｂの所定の箇所と極板とを電気的に接続する接点である。図１４（ａ）にインダクタンス素子８０の回路図を示す。コイル８０ａとコイル８０ｂの同じ側の末端の間（一次側コイルと二次側コイルの同相の末端の間）にコンデンサ８０ｊが接続されている。接続部８０ｋとコイル８０ａ又は８０ｂの所定の箇所との接続により、インダクタンス素子８０は、種々のＬＣ複合素子を構成することができる。コンデンサの一端を固定し、その他端をコイルの他の箇所に接続したバリエーションの回路図として、図１４（ｂ）に一次側コイルと二次側コイルの逆相の末端の間にコンデンサを接続したインダクタンス素子８１を、図１４（ｃ）に一次側あるいは二次側のコイルの入出力端の間にコンデンサを接続したインダクタンス素子８２を、及び図１４（ｄ）に一次側あるいは二次側のコイルの入力端又は出力端に直列にコンデンサを接続したインダクタンス素子８３を示す。これらのインダクタンス素子８０〜８３は、コンデンサの接続された箇所に応じた動作特性を有するインダクタンス素子（ＬＣ複合フィルタ）として機能する。更には、コイルの中間部（タップに対応）とコンデンサとを接続した構成も考えられる。インダクタンス素子８０〜８３は、単数のコンデンサを含んでいるが、複数のコンデンサを含んでいてもよく、その際のコンデンサとコイルとの接続は、インダクタンス素子８０〜８３の接続形態を任意に組合わせることができる。その際にも、コンデンサをコイルの中間部に接続することができる。インダクタンス素子８０の構成要素８０ａ〜８０ｆは、インダクタンス素子２０において符号の数字部分を２０から８０に替えた構成要素と対応している。
【００３５】
次に、本発明の第９の実施形態に係るインダクタンス素子９０の構成について説明する。図９は、インダクタンス素子９０の構成を示す斜視図である。インダクタンス素子９０は、インダクタンス素子２０とほぼ同様の構造を有しているが、コイルを保持する多層基板９０ｅを構成要素としている点で異なっている。多層基板９０ｅは、コイル９０ａ及び９０ｂを保持するのに充分な体積を有している。このインダクタンス素子９０は、多層基板を構成要素としない他のインダクタンス素子と比較すると、独立した単体の素子として使用できる点で異なっており、例えば、チップ・インダクタなどのチップ・インダクタンス素子として使用することができる。なお、多層基板９０ｅに保持される回路素子の部分は、この実施形態の他の実施形態に係るインダクタンス素子の回路素子と置き換えることができる。インダクタンス素子９０の構成要素９０ａ〜９０ｆは、インダクタンス素子２０において符号の数字部分を２０から９０に替えた構成要素と対応している。
【００３６】
次に、本発明の第１０の実施形態に係るインダクタンス素子１００の構成について説明する。図１０（ａ）は、インダクタンス素子１００の構成を示す斜視図である。インダクタンス素子１００は、インダクタンス素子２０とほぼ同様の構造を有しているが、２つのコイルの単位巻線が、多層基板１００ｅに垂直な同一平面内に配置されるような配置単位を反復するように配置されている点で異なっている。すなわち、単位巻線１００ｃと１００ｄとは多層基板１００ｅに垂直な同一平面内に配置されており、単位巻線１００ｄは１００ｃの内側に配置されている。このような配置は、コイルの単位巻線がコイルの中心軸方向に関して交互に配置されるような前述のコイルの配置との比較では、中心軸方向に関してコイルをより高い密度で配置しやすいという利点がある。インダクタンス素子１００の構成要素１００ａ〜１００ｆは、インダクタンス素子２０において符号の数字部分を２０から１００に替えた構成要素と対応している。
【００３７】
巻数比に関する代替の実施形態として、図１０（ｂ）にインダクタンス素子１０１を示す。インダクタンス素子１０１は、インダクタンス素子１００とほぼ同様の構造を有しているが、コイル１０１ｂの単位巻線１０１ｄが２回巻の螺旋状のパターンである点で異なっている。この実施形態によれば、巻数比が１：２のトランスを含むインダクタンス素子を構成することができる。なお、単位巻線１０１ｄの巻数は自由に変更することができる（整数にも限られない。）ため、任意の巻数比を得ることができる。複数の巻数である単位巻線１０１ｄの旋回方向はすべて同じであって、隣り合う単位巻線１０１ｄ同士は一方の先端と他方の末端とが接続されており、すべての単位巻線１０１ｄが発生する磁界の方向は一致するようになっている。なお、図１０（ｃ）にインダクタンス素子１０２として示すように、複数の巻数である単位巻線１０２ｄは、同じコイルの隣接する他の単位巻線１０２ｄと同じ方向から見た場合に反対方向に旋回する螺旋状のパターンをそれぞれ有し、及び互いに隣接する単位巻線１０２ｄの組は、当該螺旋状のパターンの先端同士又は末端同士において交互に接続されるような構成でも構わない。この構成でも、すべての単位巻線１０２ｄが発生する磁界の方向は一致する。
【００３８】
次に、本発明の第１１の実施形態に係るインダクタンス素子１１０の構成について説明する。図１１は、インダクタンス素子１１０の構成を示す斜視図である。インダクタンス素子１１０は、インダクタンス素子２０とほぼ同様の構造を有しているが、コイルの単位巻線１１０ｃ及び１１０ｄは、同じコイルの隣接する他の単位巻線と同じ方向から見た場合に反対方向に旋回する螺旋状のパターンをそれぞれ有し、及び互いに隣接する単位巻線の組は、当該螺旋状のパターンの先端同士又は末端同士において交互に接続される。コイル１１０ａ及び１１０ｂをそのように構成することによって、単位巻線内の巻数を１より大きくすることができ（このような構成を多層コイルと称する）、かつ、コイル１１０ａ又は１１０ｂに電流が流されると、すべての単位巻線が同じ方向の磁界を発生するため、発生する磁界を大きくすることができ、トランスの効率を高くすることができる。また、発生する磁界の大きさを同程度に維持する条件では、インダクタンス素子１１０をより小型に構成することができる。
【００３９】
次に、本発明の第１２の実施形態に係るインダクタンス素子１２０の構成について説明する。図１２は、インダクタンス素子１２０の構成を示す斜視図である。インダクタンス素子１２０は、インダクタンス素子１１０とほぼ同様の構造を有しているが、コイル１２０ａ及び１２０ｂの内部に磁性体１２０ｉからなる芯構造を有している点で違っている。このような構成により、トランスの効率を高くすることができるという利点がある。インダクタンス素子１２０の構成要素１２０ａ〜１２０ｆは、インダクタンス素子１１０において符号の数字部分を１１０から１２０に替えた構成要素と対応している。
【００４０】
次に、本発明の第１３の実施形態に係るインダクタンス素子１３０の構成について説明する。図１３は、インダクタンス素子１３０の構成を示す斜視図である。インダクタンス素子１３０は、インダクタンス素子１１０とほぼ同様の構造を有しているが、同じコイル１３０ａに接続された電極部１３０ｆが、コイル１３０ａの両側のコイルエッジ近傍のいずれかの側に、当該コイルの中心軸に関して交互に形成される点（千鳥配列）で違っている。インダクタンス素子１３０の構成要素１３０ａ〜１３０ｆは、インダクタンス素子１１０において符号の数字部分を１１０から１３０に替えた構成要素と対応している。このように、同じコイルに接続された電極部１３０ｆが交互に形成されているため、それらの間の距離を離すことができ、生産性が向上し、電極部１３０ｆに半田で導線を接続しやすくなり、誤接続が発生しにくくなる。
【００４１】
本発明の他の実施形態として、上記のインダクタンス素子１０〜１３０（インダクタンス素子９０を除く）を含むインダクタンス素子内蔵多層基板を提供することができる。このインダクタンス素子内蔵多層基板内（多層基板上）には、インダクタンス素子１０〜１３０以外の他の回路を実装することができ、そのような他の回路とインダクタンス素子１０〜１３０とを接続することによって、より高機能な回路を形成することができる。インダクタンス素子内蔵多層基板は、プリント基板、半導体チップのインターポーザあるいは電極配線層などに使用することができる。本発明のさらに他の実施形態として、上記のインダクタンス素子内蔵多層基板が積層された半導体チップを提供することもできる。
【００４２】
これから、上述のインダクタンス素子１０〜１３０の動作について説明する。インダクタンス素子１０〜１３０は、一方のコイルを一次側、他方のコイルを二次側（更に他のコイルを他の二次側）として、一次側と二次側の間で電圧及びインピーダンスを変換するトランスとして動作させることができる。また、不平衡入力を平衡出力へと（又はその逆に）変換するバラン（平衡不平衡変成器）として動作させることもできる。電極部がコイルの末端以外の所定の箇所に接続されたインダクタンス素子は、その電極部をタップとして使用できる。また、タップが二次側コイルの電気的な中間部にあるときは、そこから平衡出力を取り出すことができる。また、インダクタンス素子８０、９０、１００、１１０などは、一次側コイル、二次側コイルの長さを、それらの中間部の前後でそれぞれ使用中心周波数の１／４波長とすることにより、バランとして機能させることもできる。また特にインダクタンス素子８０は、ＬＣフィルタ（カプラを含む）として動作させることができる。インダクタンス素子１０〜１３０（インダクタンス素子９０を除く）は、多層基板の形態が、プリント基板、モノリシックＩＣなどを構成する半導体チップをその上にマウントするインタポーザ、又は半導体チップの電極配線層などであって、トランスとしての機能を提供する素子として動作させると好適である。
【００４３】
なお、上述のそれぞれの実施形態の内の２つ以上を適宜組合わせることもできる。
【００４４】
次に、本発明のインダクタンス素子１０〜１３０の製造方法について説明する。インダクタンス素子１０〜１３０は、グリーンシートに導電性ペーストを印刷して、それを多層化後一括焼結するような、セラミックチップ部品の材料及び製造方法によって製造することもできるし、また、有機材料を用いたビルドアップ工法によって製造することもできる。これから、ビルドアップ工法による製造方法について説明する。まず、絶縁層の両面に銅箔からなる導電層が形成された両面銅張り積層板を準備する。この導電層は多層基板に平行であるため、コイルの多層基板に平行な部分を構成することになる。次に、その両面の導電層間で導通させる箇所にドリル、レーザ等で穴を空ける。そしてその穴をメッキ、導電性ペーストの充填などで導電化し、導電層間の導通をとる。この導電層間の導通部は、コイルの多層基板に垂直な部分を構成することになる。次に、サブトラクティブ法などによってコイルの導線部分を残して導電層を両面とも除去し、多層基板に平行なコイルの導線部分を形成する。このようにして得られた基板を内層基板として、その両面に絶縁層を、そしてその外面に導電層を形成し、パターニング（コイルの水平部分の形成）及び導電層間の電気的接続（コイルの垂直部分の形成）を行い、さらなる多層化を行う。所望のコイルが得られるまで、それまでに形成された多層基板に対してこの一連の多層化工程を継続して実施する。
【００４５】
多層化工程は、公知の手法によって実施することができる。いわゆるビルドアップ法による場合には、まず、上記の内層基板の両面に絶縁層を形成する。絶縁層としては、ガラスエポキシ系あるいはアラミド樹脂系などのプリプレグ、液状あるいはフィルム状の熱可塑あるいは熱硬化性の樹脂組成物、あるいは一般的に樹脂付き銅箔と呼ばれる、銅箔と絶縁樹脂層を一体化したものなどが使用できる。
【００４６】
絶縁層の形成は、例えば以下のように行われる。上記の内層基板の両面にプリプレグ類、パターン化されていない銅箔、あるいは樹脂付き銅箔を配置し、積層プレス法によりこれらを一括で積層、硬化させ、絶縁層と導電層を一体化したものを作成する。あるいは、上記の内層基板の上に液状の組成物をスクリーン印刷、カーテンコート、スプレーコートなどの公知慣用の方法で塗布し、ＵＶ、電子線、熱などで硬化させることによって絶縁層を形成することもできる。あるいは、上記の内層基板上にフィルム状の組成物をロール、ラミネートなどの方法で貼り付け、所定の方法にて硬化させ、絶縁層を形成することもできる。
【００４７】
続いてビアを形成する。上記の工程で得られた多層基板の所定の位置にドリル、レーザなどを用いてビアを形成する。プリプレグ類あるいは樹脂付き銅箔を用いて絶縁層と共に導電層も形成した場合に、ブラインドビアの形成に広く用いられている炭酸ガスレーザーを用いるときには、必要に応じてあらかじめ所定の位置の導電体をエッチングで除去する、いわゆるマスク加工を施してもよい。
【００４８】
プリプレグ類あるいは樹脂付き銅箔を用いて絶縁層と共に導電層も形成した場合は、ビアに銀、銅などの導電性粉末を配合した導電性ペーストを印刷、ディスペンスなどの方法で埋め込み、所定の方法で硬化させる。あるいは、通常のスルーホールメッキすなわちビア内にメッキ触媒を付与したのちに無電解メッキを行い、続いて電解メッキを行う方法によってメッキ層を形成する方法によっても電気的接続は達成される。一方、液状もしくはフィルム状の組成物を用いて絶縁層を形成した場合は、例えば銅箔をプレスして絶縁層の外側に導電層を形成し、所定の位置をマスク加工した後、ブラインドビアを導電性ペーストあるいはメッキ層により導電化して接続する。この場合、先にブラインドビアの導電化を行っても良い。また、絶縁層、ブラインドビアが形成された基板に触媒を付与し、無電解メッキ処理し、続いて必要に応じて電解メッキ処理することによって導電層の形成とブラインドビアの導電化を一括で行うこともできる。この場合、ブラインドビアの導電化は導電性ペーストによっても行うことができる。
【００４９】
あるいは以下の方法により、絶縁層と導電層の形成、導電層間の電気的接続を一括で行うこともできる。すなわち、多層基板上の所定の場所に導電性ペーストなどを用いて先端のとがった導電性バンプを形成しておき、プリプレグと銅箔、フィルム状の絶縁体と銅箔、または樹脂付き銅箔をその上に配置した後にプレス加工を行う。これにより、先端のとがった導電性バンプが絶縁層を貫通し、導電層との電気的接続を実現する。
【００５０】
上記のようにビルドアップ法で積層した場合、ブラインドビアは導電性ペーストなどによって導電体で隙間なく充填することにより、コイルの導線の断面が全て導電体であることが好ましい。しかしながら、従来のスルーホールメッキのように、外周部だけが導電化された構造であっても、周波数帯によっては、本発明の方法を用いて形成したコイルの特徴を損なうことはない。
【００５１】
また、ブラインドビアを積み上げてコイルの巻線の垂直部分を形成する場合、スルーホールメッキを用いるような一般的なビルドアップ法では、いわゆるスタックトビア（ビアオンビア）構造は形成が非常に困難であるため、結果的にコイルの巻線の垂直部分が完全な直線とはならず、積層部分に段差がある階段状となることが多い。しかしながら、このような構造となっても、周波数帯によっては、本発明の方法を用いて形成したコイルの特徴を何ら損なうことはない。
【００５２】
なお、メッキにより接続されたスルーホール基板を用い、上記の液状あるいはフィルム状の絶縁材料を使用する場合や、一旦ビルドアップ法により形成したブラインドビアのある絶縁層上に更に積層する場合には、穴埋め用のインキあるいはメッキ処理によりスルーホールあるいはブラインドビアを埋め、表面を平滑化してもよい。
【００５３】
ビルドアップ法以外にも、以下のような方法によって一括して積層させることもできる。まず、銅張片面ガラスエポキシ基板の基材側の所定の位置にレーザーなどを用いて穴開け加工する。続いて、銅箔を電極（陰極）として電気メッキを行い、穴をメッキで充填する。その上に、低融点の金属バンプを引き続きメッキ法により形成する。次に、銅箔を所定のパターン（コイルの巻線の水平部分）にエッチング加工する。バンプ側には絶縁層に用いるものと同様の絶縁体組成物を薄く塗布し、半硬化させておくことによって、外層基板を作成する。
【００５４】
続いて、内層基板と外層基板とを、外層基板のバンプが内層基板の所定の箇所に来るように位置合わせし、プレス加工する。これによって、半硬化させた組成物はバンプ部から押し除かれ、組成物が層間の絶縁層を形成すると同時にバンプ部が内層基板の導電層と電気的接続を形成する。このような工程によって、コイルを形成することができる。この工程を反復するにより、さらなる多層化も容易に行うことができる。この際、絶縁層の厚さは用途に応じて任意に設定できるが、絶縁信頼性の観点からは、１０μｍから３００μｍ程度が望ましい。導体の厚さも絶縁層と同様用途に応じて任意に設定できるが、実用上５μｍから２００μｍ程度が望ましい。
【００５５】
これまでは、主としてコイルの形成方法について説明してきたが、多層基板上に電極部を有する実施形態については、電極部もコイルの巻線の水平部分と同様にして形成することができる。また、コイル中心部に磁性体からなる芯構造を有する実施形態については、該当部分に鉄、フェライトなどを含有したペーストを塗布することなどによって、芯構造を形成することができる。また、コンデンサを含む実施形態については、多層基板の積層過程で、導電層をパターニングする際に、コンデンサの極板となる部分を残しておくことによってコンデンサを形成することができる。また、多層基板の積層過程でコンデンサを配置することもできる。
【００５６】
以上、コイル部分の製造方法について説明してきたが、コイルの形成と同時に、必要な他の回路やそれとの配線もコイルが形成される各層に形成することもできる。その際、そのような他の回路や配線の形成と整合させるために、上記の多層化工程の中から適当なものを選択して実施することができる。また、ブラインドビアを有しない発明の実施形態については、上述のビルドアップ工法に基づく製造方法によらずに、エッチング、スルーホールメッキ、及び積層プレスを組合わせた公知慣用の多層基板製造方法によって製造することもできる。
【００５７】
更に、インダクタンス素子１０〜１３０（インダクタンス素子９０を除く。）のいずれについても、モノリシックＩＣなどを構成する半導体チップ上に形成することができる。このような構成にすることにより、半導体にトランスを高い集積度で組み込むことができる。典型例として、トランジスタが形成され、更にタングステンなどによる電極部が形成されたシリコンウェーハの上層いわゆる電極配線層に、図１のインダクタンス素子１０を形成する例を示す。この方法を応用することにより、コイルの形状、巻数比、形成方向などは任意に設定可能である。なお半導体は、シリコンに限られることはなく、ガリウムひ素などの任意の公知の半導体材料を使用することができる。
【００５８】
まず、トランジスタ、電極部が形成されたシリコンウェーハ上に、最下層の絶縁層を形成する。ＣＶＤなどの気相法を用いてシリコン酸化膜を形成するか、近年注目されているポリイミド、ベンゾシクロブテンなどの有機素材をスピンコート後にポストベークする事によって形成できる。続いて、必要な箇所に各種レーザーを用いて穴開けを行う。穴は、半導体ウェーハの特定の箇所又は下層の電極部との電気的接続を行う箇所である。続いて、導電性パターンを形成する。まず、スパッタリングによってアルミニウムの導電層を、又はＣＶＤなどの気相法あるいはメッキ法などの湿式法を用いて銅の導電層を形成する。ついで露光、エッチングして、導電層をパターニングする。この場合、先にパターニングしたレジスト層を形成した後に導電化を行っても良い。この工程で、穴も導電化され、導電層間の電気的接続がなされる。なお、露光工程の前には通常、物理的な研磨、あるいはＣＭＰ法と呼ばれる化学的研磨と物理的研磨を組み合わせた方法などにより、表面を平坦化する。
【００５９】
次に、その上に更に絶縁層を形成する。ついで、再び穴開け、パターニングにより導電性パターンを形成する。更に絶縁層をその上に形成し、穴開け、導電化、パターニングを施し、さらなる導電性パターンを形成すると共に導電性パターン間の導通を取る。以後、所望のコイルが形成されるまで、この工程を反復する。
【００６０】
シリコンウェーハ上に所望のコイルを含む多層基板が形成された後に、そのシリコンウェーハとコイルを含む多層基板とを半導体チップ単位に切り分ける。なお、シリコンウェーハにコイルを内蔵する多層基板を積層させる前に、シリコンウェーハをチップ単位に切り分けておくこともできる。この場合、あらかじめ切り分けた半導体チップの外面に、上記の工程と同様にして、コイルを内蔵する多層基板を積層させるとよい。
【００６１】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明のインダクタンス素子によると、多層基板内に形成され、小型で、高効率のトランスとして機能する素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施形態に係るインダクタンス素子１０の構成を示す斜視図であり、（ｂ）は本発明の第１の実施形態の巻数比に関する代替の実施形態に係るインダクタンス素子１１の構成を示す斜視図であり、及び（ｃ）は本発明の第１の実施形態の単位巻線の配置に関する代替の実施形態に係るインダクタンス素子１２の構成を示す斜視図である。
【図２】（ａ）は本発明の第２の実施形態に係るインダクタンス素子２０の構成を示す斜視図であり、及び（ｂ）は本発明の第２の実施形態のコイルの配置に関する代替の実施形態に係るインダクタンス素子２１の構成を示す斜視図である。
【図３】（ａ）は本発明の第３の実施形態に係るインダクタンス素子３０の構成を示す斜視図であり、及び（ｂ）はインダクタンス素子３０の電極部の構成を示す図である。
【図４】（ａ）は本発明の第４の実施形態に係るインダクタンス素子４０の構成を示す斜視図であり、及び（ｂ）はインダクタンス素子４０の電極部の構成を示す図である。
【図５】（ａ）は本発明の第５の実施形態に係るインダクタンス素子５０の構成を示す斜視図であり、（ｂ）はインダクタンス素子５０の電極部の構成を示す図であり、（ｃ）は（ｂ）に示された電極部がトリミングされた様子を示す図であり、（ｄ）はインダクタンス素子５０の電極部の他の構成を示す図であり、及び（ｅ）は（ｄ）に示された電極部がトリミングされた様子を示す図である。
【図６】本発明の第６の実施形態に係るインダクタンス素子６０の構成を示す斜視図である。
【図７】本発明の第７の実施形態に係るインダクタンス素子７０の構成を示す斜視図である。
【図８】本発明の第８の実施形態に係るインダクタンス素子８０の構成を示す斜視図である。
【図９】本発明の第９の実施形態に係るインダクタンス素子９０の構成を示す斜視図である。
【図１０】本発明の第１０の実施形態に係るインダクタンス素子１００の構成を示す斜視図である。（ａ）は本発明の第１０の実施形態に係るインダクタンス素子１００の構成を示す斜視図であり、（ｂ）は本発明の第１０の実施形態の巻数比に関する代替の実施形態に係るインダクタンス素子１０１の構成を示す斜視図であり、及び（ｃ）は本発明の第１０の実施形態の巻数比に関する代替の実施形態に係るインダクタンス素子１０２の構成を示す斜視図である。
【図１１】本発明の第１１の実施形態に係るインダクタンス素子１１０の構成を示す斜視図である。
【図１２】本発明の第１２の実施形態に係るインダクタンス素子１２０の構成を示す斜視図である。
【図１３】本発明の第１３の実施形態に係るインダクタンス素子１３０の構成を示す斜視図である。
【図１４】（ａ）はインダクタンス素子２０の回路図であり、（ｂ）はインダクタンス素子３０の回路図であり、（ｃ）はインダクタンス素子４０の回路図であり、及び（ｄ）はインダクタンス素子７０の回路図である。
【図１５】（ａ）はインダクタンス素子８０の回路図であり、（ｂ）はインダクタンス素子８１の回路図であり、（ｃ）はインダクタンス素子８２の回路図であり、及び（ｄ）はインダクタンス素子８３の回路図である。
【図１６】（ａ）はインダクタンス素子１０をバランとして機能させる場合の回路図であり、（ｂ）はインダクタンス素子７１の回路図であり、及び（ｃ）はインダクタンス素子７１をバランとして機能させる場合の回路図である。
【符号の説明】
１０〜１３０ インダクタンス素子
１０ａ〜１３０ａ コイル
１０ｂ〜１３０ｂ コイル
１０ｃ〜１３０ｃ 単位巻線
１０ｄ〜１３０ｄ 単位巻線
１０ｅ〜１３０ｅ 多層基板
２０ｆ〜１３０ｆ 電極部
３０ｇ〜４０ｇ 電極部
３０ｈ〜４０ｈ ボンディングワイヤー
６０ｉ、１２０ｉ 磁性体
８０ｊ コンデンサ
８０ｋ 接続部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an inductance element formed in a multilayer substrate, and more specifically, an inductance element including a plurality of coils formed in a multilayer substrate having a function as a transformer, a multilayer substrate including the inductance element, The present invention relates to a semiconductor chip on which a multilayer substrate is laminated, and a chip-type inductance element.
[0002]
[Prior art]
Coils have long been used in a wide range of fields such as antennas and motors. In the field of electronic equipment, an element called an inductor (inductance element) using a coil is manufactured as a single or composite electronic component, or as an element laminated on the outer surface of an IC chip, and is widely used. . Such an inductance element includes not only a single coil but also a plurality of coils magnetically coupled to each other. The latter functions as a transformer that converts the voltage of the supplied current into a predetermined voltage or a transformer that converts impedance, and is a structure known as a transformer. There are various forms of such elements. For example, a chip in which only an inductor is formed for surface mounting is called a chip inductor (chip-type inductance element), and 20 or more are mounted on one mobile phone. There is also a report. There are also many components incorporating an inductor. For example, a component called a laminated LC filter in which an inductor and a capacitor are combined is widely used mainly for high frequency applications for the purpose of noise removal. A component called a VCO (Voltage Controlled Oscillator) also has an internal structure in which an inductor and a capacitor are combined. The VCO is an oscillator that can change the oscillation frequency according to the applied voltage, and is an important component that affects the quality of the radio circuit. Many of these components are mounted on devices that are expected to be used in a high-frequency region, such as mobile phones that have become explosively popular in recent years. As electronic devices become smaller and lighter, there is a strong demand for miniaturization of these components. As a structure aiming at realizing a small transformer, there are the following conventional techniques.
[0003]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-158135 describes a coupler having a structure in which a transformer is constituted by two coils formed in a multilayer substrate in FIGS. In this coupler, two coils are arranged facing each other in the stacking direction. However, in such a structure, since the number of conductor layers to be laminated is limited, the number of turns of the coil is limited, and it is difficult to perform a sufficient function. Further, since the surface formed by the unit winding of the coil is parallel to the multilayer substrate, a large cross-sectional area requires a large area on the multilayer substrate and is difficult to reduce in size. Further, since the two coils are arranged to face each other, the multilayer substrate having a volume twice the volume occupied by one coil is occupied, the space efficiency is low, and it is difficult to reduce the size. Furthermore, since the two coils do not have a three-dimensional overlap (overlapping), the amount of flux linkage to the other coil due to the magnetic field generated by one coil is limited, and the magnetic force between them is limited. It is difficult to make a large bond. Furthermore, in order to increase the efficiency of the two coils as a transformer, even if an attempt is made to arrange the magnetic body along the central axis thereof, the direction is perpendicular to the substrate, so that the magnetic body is not formed. It is extremely difficult.
[0004]
Japanese Unexamined Patent Publication No. 4-237106 describes an integrated inductor element and an integrated transformer. The integrated inductor element and the integrated transformer are formed by alternately laminating insulating films and metal films on a semiconductor substrate, and the central axis of the coil is in a direction parallel to the substrate. However, there is a description that the spiral circuit portion perpendicular to the substrate is formed by through holes or via holes, but there is no description of a more specific manufacturing method. Further, since the two coils are arranged to face each other, the board occupies a volume twice as large as one coil occupies, the space efficiency is low, and it is difficult to reduce the size. Furthermore, since the two coils do not have a three-dimensional overlap, the amount of interlinkage magnetic flux to the other coil due to the magnetic field generated by one coil is limited, increasing the efficiency as a transformer between them. Difficult to do.
[0005]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-40920 describes a composite part in which a plurality of inductors are integrated. However, the plurality of inductors are arranged such that magnetic fluxes generated by adjacent inductors are substantially orthogonal, and therefore, the plurality of inductors do not function as a transformer.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above problems, and is formed in a multilayer substrate. The number of turns of the coil can be freely changed in the same process, the direction of coil formation can be freely changed, and the coil transformer can be freely changed. It is an object of the present invention to provide an inductance element that functions as a transformer with high efficiency, small size, and good characteristics. Another object of the present invention is to provide a multilayer substrate and a chip-type element incorporating such an inductance element, and a semiconductor chip having such an inductance element laminated on the outer surface.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The above object is achieved by the present invention having the following features. The invention according to claim 1 has a plurality of coils formed integrally with the multilayer substrate, and the plurality of the coils are supported in the multilayer substrate, and the center lines of the generated magnetic fields of the plurality of the coils Are substantially coincident with each other, and each of the plurality of coils is arranged so as to at least partially overlap each other.
[0008]
According to a second aspect of the present invention, in addition to the features of the first aspect of the present invention, the plurality of coils have a coil surface formed by unit windings thereof perpendicular to the multilayer substrate, and the multilayer substrate. And a winding portion perpendicular to the multilayer substrate.
[0009]
In addition to the features of the invention described in claim 1 or 2, the invention described in claim 3 is such that the unit windings of the plurality of coils are viewed from the same direction as other unit windings adjacent to the same coil. Each having a spiral pattern swirling in opposite directions to each other, and the unit winding sets adjacent to each other are alternately connected at the tips or ends of the spiral pattern. To do.
[0010]
According to a fourth aspect of the present invention, in addition to the features of the second or third aspect, each unit winding of the plurality of coils is arranged so as to repeat a predetermined arrangement unit. Features.
[0011]
According to a fifth aspect of the present invention, in addition to the features of the fourth aspect of the invention, the predetermined arrangement unit of each unit winding of the plurality of coils is the unit winding of all of the plurality of coils. Are arrangement units arranged in the same plane perpendicular to the multilayer substrate.
[0012]
In addition to the features of the invention described in claim 4, the plurality of coils are two coils, and the predetermined arrangement of the unit windings of the two coils The unit is an arrangement unit in which unit windings of the two coils are alternately arranged with respect to the direction of the central axis of the coil.
[0013]
The invention described in claim 7 is characterized in that, in addition to the features of the invention described in any one of claims 2 to 6, it further includes a core structure made of a magnetic material penetrating through the inside of the coil. .
[0014]
In addition to the features of the invention described in any one of claims 2 to 7, the invention described in claim 8 is formed on the multilayer substrate and connected to a predetermined portion of the coil. It further has one or more electrode parts.
[0015]
The invention according to claim 9 is characterized in that, in addition to the feature of the invention according to any one of claims 2 to 8, at least one of the electrode portions is connected to an end of the coil. And
[0016]
According to a tenth aspect of the invention, in addition to the feature of the ninth aspect of the invention, the electrode portion is formed on the outer surface on the same side of the multilayer substrate, and is connected to the same coil at the electrode portion. Is formed alternately on either side in the vicinity of the coil edge on both sides of the coil with respect to the central axis of the coil.
[0017]
In addition to the features of the invention described in claim 8 or 9, at least one of the electrode units is another electrode unit to which the same coil as the electrode unit is connected, The multilayer substrate is provided so as to extend to a position facing at least one of the other electrode portions formed on the outer surface on the same side of the multilayer substrate through a gap.
[0018]
In addition to the features of the invention according to claim 11, the invention according to claim 12 is such that the opposing electrode portions are connected by a conductor, whereby the electrode portions can be separated by trimming. It is characterized by becoming.
[0019]
The invention described in claim 13 is a capacitor formed integrally with the multilayer substrate, in addition to the features of the invention described in any one of claims 2 to 12, wherein the capacitor is formed at a predetermined location of the coil. And a capacitor that is electrically connected to the capacitor.
[0020]
A fourteenth aspect of the present invention includes the inductance element according to any one of the second to thirteenth aspects and the multilayer substrate, and another circuit is supported on or within the multilayer substrate. It is characterized by being.
[0021]
The invention described in claim 15 is characterized in that the multilayer substrate with built-in inductance element according to claim 14 is laminated on the outer surface.
[0022]
The invention according to claim 16 includes the inductance element according to any one of claims 8 to 13 and the multilayer substrate, and the multilayer substrate can support the inductance element. It is a flat plate.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Hereinafter, the configuration of the inductance element 10 according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1A is a perspective view showing the configuration of the inductance element 10. The inductance element 10 includes a coil 10a (solid line portion in FIG. 1A) and a coil 10b (dotted line portion in FIG. 1A). In this embodiment, the coils 10a and 10b are components that provide an inductance including a portion formed as a part of a conductive layer formed between insulating layers in the step of forming a plurality of insulating layers in the multilayer substrate 10e. The central axis is parallel to the multilayer substrate, the coil surfaces formed by the unit windings 10c and 10d thereof are perpendicular to the multilayer substrate, and the winding portion parallel to the multilayer substrate and the winding perpendicular to the multilayer substrate. Includes line parts. Coils 10a and 10b are configured in such a manner that unit windings 10c and 10d, each of which is a pattern of repeated conductive wires, such as a quadrilateral projection shape, are electrically connected in series. The forms of the coils 10a and 10b and the unit windings 10c and 10d thereof in this specification widely include any form for providing inductance. Preferably, the winding portions parallel to the multilayer substrate 10e of the coils 10a and 10b are formed as a part of the conductive layer to be laminated, and the winding portions perpendicular to the multilayer substrate 10e are adjacent via an insulating layer. They are formed as bumps, vias, or through holes (conductors filled in) that connect the conductive layers. By forming the coils 10a and 10b in this manner, the coils 10a and 10b can be simultaneously formed in the multilayer substrate in a multilayer substrate manufacturing process using a known multilayer substrate manufacturing technique such as a build-up method. It becomes possible. The ends of the coils 10a and 10b extend in the longitudinal direction of the multilayer substrate 10e, and can be connected to other circuits in the multilayer substrate 10e. The multilayer substrate 10e is a substrate configured by laminating insulating layers. In the figure, the outline of the multilayer substrate 10e is indicated by a broken line, indicating that the multilayer substrate 10e may extend outside the region including the coils 10a and 10b. In the actual multilayer substrate 10e forming step, insulating layers and conductive layers are alternately stacked. The conductive layer portion becomes a part of the coils 10a and 10b described above, and the other insulating layer portion becomes the multilayer substrate 10e. The coils 10a and 10b are arranged such that the center lines of the magnetic fields generated by these coils substantially coincide with each other, and are normally arranged such that the center lines of these coils coincide with each other. By arranging in this way, the magnetic flux generated by one coil is incident in a state of being nearly perpendicular to the coil surface of the other coil, and therefore the interlinkage magnetic flux to the other coil by the magnetic field generated by one coil. Can be increased (leakage inductance can be reduced). Further, the coil 10a and the coil 10b are arranged so that at least a part thereof overlaps with each other in a three-dimensional manner. By arranging in this way, the distance between the coils (for example, the distance between the centers) is reduced, so that the flux linkage to the other coil due to the magnetic field generated by one coil can be further increased. . When the flux linkage can be increased in this way, a highly efficient transformer can be configured. In addition, with the arrangement of the coils, the volume of the multilayer substrate 10e occupied by the coils 10a and 10b can be reduced, the arrangement density of the coils can be increased, and the inductance element 10 can be further reduced in size. In this embodiment, the coils are arranged so as to repeat a predetermined unit winding arrangement unit. In particular, the unit windings of the two coils are alternately arranged with respect to the central axis direction of the coil. It arrange | positions so that the arrangement unit may be repeated. By such a regular arrangement, the arrangement density of the coils can be increased, and the magnetic coupling between the coils can be increased. The inductance element 10 does not mean the whole of the coils 10a and 10b and the multilayer substrate 10e, but means an inductance element composed of the coils 10a and 10b, which is held in the multilayer substrate 10e. (The same applies hereinafter except for the inductance element 90). In addition, although the center line of the coil of the inductance element 10 is a straight line, the center line may be a curve. The curve may then be closed, in which case the coil is toroidal. The inductance element 10 functions as a transformer that converts voltage and impedance between the primary side and the secondary side, but as shown in FIG. 16A, an unbalanced input is applied to one terminal of the coil 10b on the primary side. Is connected, and the terminal on the side having the same instantaneous voltage polarity as that of the secondary coil 10a is grounded, a balanced output can be obtained from between the other terminals of the coils 10a and 10b, and a balun (balanced unbalanced) can be obtained. It can also function as a transformer.
[0024]
As an alternative embodiment relating to the turns ratio, an inductance element 11 is shown in FIG. The inductance element 11 has substantially the same structure as the inductance element 10, but differs in that the unit winding 11d of the coil 11b has two turns. According to this embodiment, an inductance element including a transformer having a turns ratio of 1: 2 can be configured. Here, since the unit windings of the coils are arranged uniformly with respect to the central axis direction of the coil, the linkage flux to the other coil due to the magnetic field generated by one coil can be increased, and an efficient transformer Can be configured. In addition, since the number of turns of the unit winding 11d can be freely changed (not limited to an integer), an arbitrary turn ratio can be obtained.
[0025]
As an alternative embodiment regarding the arrangement of unit windings, an inductance element 12 is shown in FIG. The inductance element 12 has substantially the same structure as that of the inductance element 10, but differs in that the inductance element 12 includes three coils 12a, 12b, and 12b ′. The coil 12a, the coil 12b, and the coil 12b ′ are arranged so that the center lines of the generated magnetic fields of these coils substantially coincide with each other, and are arranged so that at least a part thereof overlaps three-dimensionally. The coils are arranged so as to repeat a predetermined unit winding arrangement unit, and in particular, an arrangement unit in which the unit windings of the three coils are arranged in order with respect to the central axis direction of the coil. Arranged to repeat. According to this embodiment, an inductance element including a transformer composed of three or more independent coils can be configured, and can be used for a wide range of applications.
[0026]
As an alternative embodiment regarding the stacking direction, it is also possible to stack in the direction indicated as “the stacking direction in the alternative embodiment” in FIG. In this case, it is difficult to make a coil with a large number of turns because the number of films to be laminated is limited. However, since the number of places where conductors are connected between layers can be reduced, manufacturing becomes easy. In addition, when a ceramic material is used as the material of the multilayer substrate, it is relatively easy to print a conductive paste on the green sheet and then sinter it after multilayering, whereas the material of the multilayer substrate In the case of a build-up method using an organic material, the process becomes complicated, and yield reduction and cost increase due to multilayering become a problem. Therefore, the configuration of the embodiment of the present invention in which the stacking direction of the multilayer substrate is shown as “stacking direction” in FIG. 1A can form a coil having an arbitrary coil length even when the number of stacks of the multilayer substrate is limited. Therefore, the problem with such a conventional build-up method is solved.
[0027]
Next, the configuration of the inductance element 20 according to the second embodiment of the present invention will be described. FIG. 2A is a perspective view showing the configuration of the inductance element 20. The inductance element 20 has substantially the same structure as the inductance element 10, but an electrode portion typified by an electrode portion 20f connected to a predetermined portion of the coil 20a is formed on the outer surface of the multilayer substrate 20e. It is different in that it has more structure. Thus, since the electrode portion 20f is formed on the outer surface of the multilayer substrate 20e, wiring from the outside of the multilayer substrate 20e to the inductance element 20 can be easily performed therethrough. In FIG. 2A, the electrode portion 20f is connected to the end of the coil. The electrode part of this form is suitable for passing an input / output that requires the function of the entire coil. FIG. 13A shows a circuit diagram of the inductance element 20. As another form, the electrode portion may be connected to a predetermined location other than the end of the coil. The electrode portion of this form is suitable for passing an input / output that requires a part of the function of the coil, and can be used as a tap.
[0028]
As an alternative embodiment regarding the arrangement of the coils, an inductance element 21 is shown in FIG. The inductance element 21 has substantially the same structure as the inductance element 20, but is added according to the number of coils including three coils 21a, 21b, and 21b ′, and the number of coils with the electrode portion 21f increased. Is different in that it is. The coil 21a, the coil 21b, and the coil 21b ′ are disposed so that the center lines of the generated magnetic fields of the coils substantially coincide with each other and at least partially overlap each other. The coils are arranged so as to repeat a predetermined unit winding arrangement unit, and in particular, an arrangement unit in which the unit windings of the three coils are arranged in order with respect to the central axis direction of the coil. Arranged to repeat. According to this embodiment, an inductance element including a transformer composed of three or more independent coils can be configured, and can be used for a wide range of applications. Moreover, the transformer which can change a turns ratio at the time of use can be obtained by connecting two or more coils in series by jumping with a conducting wire etc. in the electrode part 21f.
[0029]
Next, the configuration of the inductance element 30 according to the third embodiment of the present invention will be described. FIG. 3A is a perspective view showing the configuration of the inductance element 30. The inductance element 30 has substantially the same structure as the inductance element 10, but differs in that it further has a structure in which electrode portions 30f and 30g are formed on the outer surface on the same side of the multilayer substrate 30e. Yes. FIG. 3B is a diagram illustrating the configuration of the electrode portions 30 f and 30 g of the inductance element 30. The electrode portions 30f and 30g are connected to a predetermined portion of the same coil, here the coil 30b. Thus, since the electrode portions 30f and 30g are formed on the outer surface of the multilayer substrate 30e, wiring from the outside of the multilayer substrate 30e to the inductance element 30 can be easily performed through the electrode portions 30f and 30g. In particular, the electrode portion 30g is preferably used as a tap. Furthermore, the electrode portion 30f is provided so as to extend to a position facing the electrode portion 30g via a gap (a portion indicated as “gap” in FIG. 3B). That is, at least one electrode part (electrode part 30f) is another electrode part to which the same coil as the electrode part is connected, and is formed on the outer surface of the same side of the multilayer substrate. It is provided so as to extend to a position facing at least one of the portions 30g) via a gap. Here, the electrode portion 30f is arranged along a row adjacent to the row in which the electrode portion 30g is arranged in the longitudinal direction of the multilayer substrate 30e. Further, the electrode portions 30g are arranged relatively apart from each other, but the electrode portion 30g and the electrode portion 30f are arranged close to each other, and preferably the gap between the electrode portion 30g and the electrode portion 30f is It is smaller than the interval between the electrode portions 30g. By adopting such a configuration, it becomes possible to jump the electrode part 30f and the electrode part 30g (any one) by wire bonding, soldering, or the like. 3A and 3B, the bonding wire 30h jumps between the electrode part 30f and the right electrode part 30g. Since the winding between the jumped electrode portions of the coil 30b is short-circuited by the jump by the wire, the same effect as reducing the number of turns of the coil 30b can be freely obtained at the time of use. Thereby, the turns ratio of the inductance element 30 as a transformer can be freely changed at the time of use. In comparison with the inductance element 40 described later, the inductance element 30 has an advantage that the turns ratio can be freely changed by jumping any one of the electrode portions. Note that the bonding wire 30h is not a component of the inductance element 30, but is attached by the user during use as necessary. The electrode parts 30f and 30g are comprised with the conductor of forms, such as a land. The components 30 a to 30 e of the inductance element 30 correspond to the components in which the numerical part of the reference numeral in the inductance element 10 is changed from 10 to 30. FIG. 13B shows a circuit diagram of the inductance element 30. In FIG. 13B, the terminal electrode portion 30f and the intermediate electrode portion 30g are jumped by the bonding wire 30h represented by the dotted line, and the winding between the electrode portions of the coil 30b is short-circuited. ing.
[0030]
Next, the configuration of the inductance element 40 according to the fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 4A is a perspective view showing the configuration of the inductance element 40. The inductance element 40 has substantially the same structure as the inductance element 30 except that the electrode portions arranged on the same outer surface of the multilayer substrate 40e are only the electrode portions 40g having the same shape. ing. FIG. 4B is a diagram illustrating the configuration of the electrode portion 40 g of the inductance element 40. The electrode part 40g is connected to a predetermined portion of the same coil, here the coil 40b. Thus, since the electrode part 40g is formed in the outer surface of the multilayer board | substrate 40e, the wiring from the exterior of the multilayer board | substrate 40e to the inductance element 40 can be performed easily through there. Furthermore, any one electrode part 40g is provided so as to extend to a position facing the other electrode part 40g via a gap (a part indicated as “gap” in FIG. 4B). That is, at least one electrode part (one electrode part 40g) is another electrode part to which the same coil as the electrode part is connected, and is formed on the outer surface on the same side of the multilayer substrate. It is provided so as to extend to a position facing at least one of (other electrode portions 40g) via a gap. Here, the electrode portions 40g are arranged side by side in the same row in the longitudinal direction of the multilayer substrate 40e. The electrode portions 40g are arranged close to each other, and the gap is smaller than the width of the electrode portion 40g (the length of the side parallel to the longitudinal direction of the multilayer substrate 40e). By adopting such a configuration, it becomes possible to jump the electrode portions 40g by wire bonding or the like. 4A and 4B, the bonding wire 40h jumps between the electrode portions 40g. Since the winding between the jumped electrode portions of the coil 40b is short-circuited by the jump by the wire, the same effect as reducing the number of turns of the coil 40b can be freely obtained at the time of use. Thereby, the turns ratio of the inductance element 40 as a transformer can be freely changed at the time of use. In comparison with the above-described inductance element 30, the inductance element 40 has an advantage that the area occupied by the electrode part 40g can be reduced because the electrode part 40g is arranged in one row. Note that the bonding wire 40h is not a component of the inductance element 40 but is attached by the user at the time of use as necessary. The electrode part 40g is composed of a conductor having a land shape or the like. The components 40 a to 40 e of the inductance element 40 correspond to the components in which the numeral part of the reference numeral in the inductance element 30 is changed from 30 to 40. FIG. 13C shows a circuit diagram of the inductance element 40. In FIG. 13C, the terminal electrode portion 40f and two other electrode portions 40g are jumped by the bonding wire 40h represented by the dotted line, and the winding between these electrode portions of the coil 40b is It is short-circuited.
[0031]
Next, the configuration of the inductance element 50 according to the fifth embodiment of the present invention will be described. FIG. 5A is a perspective view showing the configuration of the inductance element 50. The inductance element 50 has substantially the same structure as the inductance element 30, but instead of the opposing electrode portions 30g and 30f, the opposing electrode portions 30g and 30f are connected by a conductor (land) and integrated. The difference is that the electrode portion 50g having the form as described above is used as a constituent element. FIG. 5B is a diagram illustrating a configuration of the electrode portion 50 g of the inductance element 50. By adopting such a configuration, the coil 50b connected to the electrode portion 50g at a predetermined location is short-circuited between the locations connected to the electrode portion 50g and is trimmed as shown in FIG. 5C. Thus, the regions of the electrode portions 50g connected to different portions of the coil 50b can be divided to release the short circuit. Thus, by dividing the electrode part 50g by trimming at the time of use, the effective number of turns of the coil 50b can be freely adjusted, and the turn ratio of the inductance element 50 as a transformer can be freely adjusted. FIG. 5D is a diagram showing another configuration of the electrode portion 50g. The electrode part 50g is configured such that the electrode part 40g of the inductance element 40 is integrally connected by a conductor. The width of the conductor connecting the electrode part 40g is preferably narrower than the width of the electrode part 40g as shown in FIG. 5D, but it is preferable that the width is the same. By adopting such a configuration, similarly to the one shown in FIG. 5C, it is possible to divide the regions of the electrode portion 50g connected to different portions of the coil 50b by trimming to release the short circuit. It becomes.
[0032]
Next, the configuration of the inductance element 60 according to the sixth embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 is a perspective view showing the configuration of the inductance element 60. The inductance element 60 has substantially the same structure as the inductance element 20, but differs in that it has a core structure made of a magnetic body 60i inside the coils 60a and 60b. The components 60 a to 60 f of the inductance element 60 correspond to the components of the inductance element 20 in which the numerical part of the reference numeral is changed from 20 to 60. Thus, since the magnetic body 60i is arrange | positioned inside the coil 60a and the coil 60b, there exists an advantage that the efficiency of a transformer can be made high. The core structure of the magnetic body 60i may be a rod-like structure with both ends open as shown in FIG. 6, but an annular shape in which both ends are connected to the outside of the coil 60a ("B" shape). It may be. It may also have a plurality of annular portions.
[0033]
Next, the configuration of the inductance element 70 according to the seventh embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is a perspective view showing the configuration of the inductance element 70. The inductance element 70 has substantially the same structure as the inductance element 20, but there is an electrode portion 70f connected to a predetermined location other than both ends of the coil, and an electrode portion 70f connected to the same coil 70a. Is different in that it is alternately formed with respect to the central axis of the coil on either side in the vicinity of the coil edge on both sides of the coil 70a (staggered arrangement). The components 70a to 70f of the inductance element 70 correspond to the components of the inductance element 20 in which the numerical part of the reference numeral is changed from 20 to 70. In this way, since the electrode portions 70f connected to the same coil are alternately formed, the distance between them can be increased, the productivity is improved, and the conductive wire can be easily connected to the electrode portion 70f with solder. Therefore, erroneous connection is less likely to occur. FIG. 13D shows a circuit diagram of the inductance element 70. The coil 70a is provided with a tap, which corresponds to the electrode portion 70f arranged at the middle position in the longitudinal direction in FIG. In addition, the electrode part 70f connected other than the terminal of a coil can be used as a tap. As an alternative embodiment regarding the form of the secondary coil, FIG. 16B shows a circuit of an inductance element 71 (structure not shown). The inductance element 71 has substantially the same structure as that of the inductance element 70, but electrodes are respectively provided at the point where the coil 71a is divided at the intermediate part and at two intermediate parts immediately before and after the division part of the coil 71a. It differs in that it has a portion 71f. The terminals written as balanced output in FIG. 16B correspond to the two electrode portions 71f in the middle portion. By adopting such a configuration, balanced outputs, which are outputs that are electrically complementary to each other, can be extracted from the intermediate portion. Here, as shown in FIG. 16 (c), the coil 71b on the primary side of the inductance element 71 has a length of a 1/4 wavelength coil of the used center frequency on both sides of the intermediate portion (1/4 wavelength resonator). And the secondary coil 71a also has a coil length of 1/4 wavelength of the center frequency used (forms a 1/4 wavelength resonator) on both sides of the divided intermediate portion. Assuming that there is a balun that outputs a balanced output to the secondary coil 71a (two terminals in the middle) when an unbalanced input is input to the primary coil 71b (one terminal thereof). It can function as a (balance-unbalance transformer).
[0034]
Next, the configuration of the inductance element 80 according to the eighth embodiment of the present invention will be described. FIG. 8 is a perspective view showing the configuration of the inductance element 80. The inductance element 80 has substantially the same structure as the inductance element 20, but differs in that it further includes a capacitor 80j connected to a predetermined portion of the coil 80a or 80b and a connection portion 80k. The capacitor 80j is composed of two opposing electrode plates and a dielectric sandwiched between them. When it is necessary to further increase the capacitance of the capacitor, the capacitor 80j is composed of an electrode plate composed of opposing comb-shaped electrodes, such as those used in a general multilayer capacitor, and a multi-layer sandwiched therebetween. It may be composed of a dielectric. The electrode plate is preferably formed as a part of the conductive layer in each step of forming a plurality of insulating layers and conductive layers in the multilayer substrate. The dielectric may be the same material as the insulating material constituting the multilayer substrate 80e, or may be a material different from the insulating material constituting the multilayer substrate 80e in consideration of the dielectric constant, cost, manufacturing process, and the like. In FIG. 8, the capacitor 80j is arranged inside the coils 80a and 80b, but the capacitor may be arranged outside the coil. The structure in which the capacitor is arranged inside the coil has an advantage that it is easy to increase the degree of integration and reduce the overall thickness. Further, there is an advantage that the area of the unit windings (80c and 80d) interlinked with the magnetic field can be increased, and the efficiency of the inductance element 80 as a transformer can be increased. On the other hand, in a structure in which a capacitor is arranged outside the coil, the process when forming the coil portion by lamination can be simplified, and a capacitor having a larger plate area can be selected. There are advantages. Further, there is an advantage that the capacitance can be finely adjusted by trimming the capacitor plate. In FIG. 8, the coils 80a and 80b are single-layer coils, but at least one of these coils may be in the form of a multilayer coil included in the inductance element 110 described later. The connection portion 80k is a contact that electrically connects a predetermined portion of the coil 80a or 80b and the electrode plate. FIG. 14A shows a circuit diagram of the inductance element 80. A capacitor 80j is connected between the ends on the same side of the coils 80a and 80b (between the ends of the primary and secondary coils in the same phase). The inductance element 80 can constitute various LC composite elements by connecting the connection portion 80k and a predetermined portion of the coil 80a or 80b. As a circuit diagram of a variation in which one end of the capacitor is fixed and the other end is connected to another part of the coil, a capacitor is connected between the opposite ends of the primary coil and the secondary coil in FIG. 14B. In FIG. 14C, an inductance element 82 having a capacitor connected between the input and output ends of the primary side or secondary side coil, and a primary side or secondary side coil in FIG. An inductance element 83 is shown in which a capacitor is connected in series to the input end or output end. These inductance elements 80 to 83 function as inductance elements (LC composite filters) having operating characteristics according to the location where the capacitors are connected. Furthermore, the structure which connected the intermediate part (corresponding to a tap) of a coil and a capacitor | condenser is also considered. Although the inductance elements 80 to 83 include a single capacitor, the inductance elements 80 to 83 may include a plurality of capacitors, and the connection between the capacitor and the coil at that time arbitrarily combines the connection forms of the inductance elements 80 to 83. be able to. In this case also, the capacitor can be connected to the middle part of the coil. The components 80a to 80f of the inductance element 80 correspond to the components in which the numeral part of the reference numeral in the inductance element 20 is changed from 20 to 80.
[0035]
Next, the configuration of the inductance element 90 according to the ninth embodiment of the present invention will be described. FIG. 9 is a perspective view showing the configuration of the inductance element 90. The inductance element 90 has substantially the same structure as that of the inductance element 20, but differs in that the multilayer substrate 90e that holds the coil is a constituent element. The multilayer substrate 90e has a volume sufficient to hold the coils 90a and 90b. This inductance element 90 is different from other inductance elements that do not include a multilayer substrate in that it can be used as an independent single element. For example, the inductance element 90 is used as a chip inductance element such as a chip inductor. Can do. The portion of the circuit element held on the multilayer substrate 90e can be replaced with the circuit element of the inductance element according to another embodiment of this embodiment. The components 90 a to 90 f of the inductance element 90 correspond to the components of the inductance element 20 in which the numerical part of the sign is changed from 20 to 90.
[0036]
Next, the configuration of the inductance element 100 according to the tenth embodiment of the present invention will be described. FIG. 10A is a perspective view showing the configuration of the inductance element 100. The inductance element 100 has substantially the same structure as the inductance element 20, but repeats the arrangement unit in which the unit windings of the two coils are arranged in the same plane perpendicular to the multilayer substrate 100e. Are different in that they are arranged in That is, the unit windings 100c and 100d are arranged in the same plane perpendicular to the multilayer substrate 100e, and the unit winding 100d is arranged inside 100c. Such an arrangement is advantageous in that it is easier to arrange the coils at a higher density in the direction of the central axis as compared with the arrangement of the coils described above in which the unit windings of the coil are alternately arranged in the direction of the central axis of the coil. There is. The components 100 a to 100 f of the inductance element 100 correspond to the components in which the numeral part of the code in the inductance element 20 is changed from 20 to 100.
[0037]
As an alternative embodiment regarding the turns ratio, an inductance element 101 is shown in FIG. The inductance element 101 has substantially the same structure as the inductance element 100, but differs in that the unit winding 101d of the coil 101b has a spiral pattern of two turns. According to this embodiment, an inductance element including a transformer having a turns ratio of 1: 2 can be configured. Since the number of turns of the unit winding 101d can be freely changed (it is not limited to an integer), an arbitrary turn ratio can be obtained. The turning directions of the plurality of unit windings 101d are all the same, and adjacent unit windings 101d are connected at one end and the other end, and all unit windings 101d are generated. The directions of the magnetic fields are matched. As shown in FIG. 10C as the inductance element 102, the unit winding 102d having a plurality of turns turns in the opposite direction when viewed from the same direction as the other adjacent unit winding 102d of the same coil. Each of the sets of unit windings 102d each having a spiral pattern and adjacent to each other may be configured to be alternately connected at the tips or ends of the spiral pattern. Even in this configuration, the directions of the magnetic fields generated by all the unit windings 102d are the same.
[0038]
Next, the configuration of the inductance element 110 according to the eleventh embodiment of the present invention will be described. FIG. 11 is a perspective view showing the configuration of the inductance element 110. The inductance element 110 has substantially the same structure as the inductance element 20, but the unit windings 110c and 110d of the coil are opposite to each other when viewed from the same direction as the other adjacent unit windings of the same coil. Each of the sets of unit windings adjacent to each other and having a spiral pattern that swivels is alternately connected at the tips or ends of the spiral pattern. By configuring the coils 110a and 110b in such a manner, the number of turns in the unit winding can be made larger than 1 (this configuration is referred to as a multi-layer coil), and a current is passed through the coil 110a or 110b. Since all unit windings generate a magnetic field in the same direction, the generated magnetic field can be increased and the efficiency of the transformer can be increased. In addition, the inductance element 110 can be configured more compactly under the condition that the magnitude of the generated magnetic field is maintained at the same level.
[0039]
Next, the configuration of the inductance element 120 according to the twelfth embodiment of the present invention will be described. FIG. 12 is a perspective view showing the configuration of the inductance element 120. The inductance element 120 has substantially the same structure as the inductance element 110, but differs in that it has a core structure made of a magnetic body 120i inside the coils 120a and 120b. With such a configuration, there is an advantage that the efficiency of the transformer can be increased. The components 120a to 120f of the inductance element 120 correspond to the components in which the numeral part of the reference numeral in the inductance element 110 is changed from 110 to 120.
[0040]
Next, the configuration of the inductance element 130 according to the thirteenth embodiment of the present invention will be described. FIG. 13 is a perspective view showing the configuration of the inductance element 130. The inductance element 130 has substantially the same structure as that of the inductance element 110, but the electrode portion 130f connected to the same coil 130a has either side of the coil 130a near the coil edge on either side of the coil 130a. It differs in that it is formed alternately with respect to the central axis (staggered arrangement). The components 130a to 130f of the inductance element 130 correspond to the components of the inductance element 110 in which the numerical part of the reference numeral is changed from 110 to 130. In this way, since the electrode portions 130f connected to the same coil are alternately formed, the distance between them can be increased, the productivity is improved, and the conductive wire can be easily connected to the electrode portion 130f with solder. Therefore, erroneous connection is less likely to occur.
[0041]
As another embodiment of the present invention, an inductance element built-in multilayer substrate including the inductance elements 10 to 130 (excluding the inductance element 90) can be provided. Circuits other than the inductance elements 10 to 130 can be mounted in the multilayer board with built-in inductance elements (on the multilayer board), and by connecting such other circuits and the inductance elements 10 to 130, Therefore, a more sophisticated circuit can be formed. The multilayer board with a built-in inductance element can be used for a printed board, an interposer of a semiconductor chip, an electrode wiring layer, or the like. As still another embodiment of the present invention, a semiconductor chip in which the above-described inductance element built-in multilayer substrate is laminated can be provided.
[0042]
Now, the operation of the inductance elements 10 to 130 will be described. The inductance elements 10 to 130 convert voltage and impedance between the primary side and the secondary side, with one coil as a primary side and the other coil as a secondary side (and another coil as another secondary side). It can be operated as a transformer. It can also be operated as a balun (balanced unbalanced transformer) that converts unbalanced input to balanced output (or vice versa). An inductance element having an electrode portion connected to a predetermined location other than the end of the coil can use the electrode portion as a tap. Further, when the tap is in the electrical middle portion of the secondary side coil, the balanced output can be taken out therefrom. Further, the inductance elements 80, 90, 100, 110, etc. can be used as baluns by setting the lengths of the primary side coil and the secondary side coil to ¼ wavelength of the used center frequency before and after the intermediate part thereof, respectively. It can also function. In particular, the inductance element 80 can be operated as an LC filter (including a coupler). The inductance elements 10 to 130 (excluding the inductance element 90) are multi-layer substrates such as a printed circuit board, an interposer that mounts a semiconductor chip constituting a monolithic IC, or an electrode wiring layer of the semiconductor chip. It is preferable to operate as an element that provides a function as a transformer.
[0043]
Two or more of the above-described embodiments can be combined as appropriate.
[0044]
Next, a method for manufacturing the inductance elements 10 to 130 of the present invention will be described. The inductance elements 10 to 130 can be manufactured by a ceramic chip component material and manufacturing method in which a conductive paste is printed on a green sheet, and then multilayered and then sintered together. It can also be manufactured by a build-up method using From now on, the manufacturing method by the build-up method will be described. First, a double-sided copper-clad laminate in which conductive layers made of copper foil are formed on both sides of an insulating layer is prepared. Since this conductive layer is parallel to the multilayer substrate, a portion parallel to the multilayer substrate of the coil is formed. Next, a hole is drilled with a drill, a laser, or the like at a location where conduction is made between the conductive layers on both sides. Then, the hole is made conductive by plating, filling with a conductive paste, etc., and conduction between conductive layers is taken. The conductive portion between the conductive layers constitutes a portion perpendicular to the multilayer substrate of the coil. Next, both sides of the conductive layer are removed with the subtractive method or the like leaving the coil conductor part, and a coil conductor part parallel to the multilayer substrate is formed. The substrate thus obtained is used as an inner layer substrate, an insulating layer is formed on both surfaces thereof, and a conductive layer is formed on the outer surface thereof, and patterning (formation of a horizontal portion of the coil) and electrical connection between the conductive layers (vertical of the coil) Part formation) and further multilayering. Until a desired coil is obtained, this series of multilayering steps is continuously performed on the multilayer substrate formed so far.
[0045]
The multilayering step can be performed by a known method. In the case of the so-called build-up method, first, insulating layers are formed on both surfaces of the inner layer substrate. As an insulating layer, a glass epoxy or aramid resin-based prepreg, a liquid or film-like thermoplastic or thermosetting resin composition, or a copper foil and an insulating resin layer generally called a copper foil with a resin are used. An integrated one can be used.
[0046]
For example, the insulating layer is formed as follows. A prepreg, unpatterned copper foil or resin-coated copper foil is placed on both sides of the above inner layer substrate, and these are laminated and cured in a lump by the laminating press method to integrate the insulating layer and conductive layer Create Alternatively, an insulating layer is formed by applying a liquid composition on the above inner layer substrate by a known and usual method such as screen printing, curtain coating, spray coating, etc., and curing with UV, electron beam, heat or the like. You can also. Alternatively, the insulating composition can be formed by applying a film-like composition on the inner layer substrate by a method such as roll or lamination and curing the composition by a predetermined method.
[0047]
Subsequently, a via is formed. A via is formed at a predetermined position of the multilayer substrate obtained by the above process using a drill, a laser, or the like. When a conductive layer is formed together with an insulating layer using prepregs or copper foil with resin, when using a carbon dioxide laser widely used for forming blind vias, a conductor at a predetermined position is previously set as necessary. You may perform what is called a mask process removed by an etching.
[0048]
When a conductive layer is formed together with an insulating layer using a prepreg or copper foil with resin, a conductive paste containing conductive powder such as silver or copper is embedded in the via by a method such as printing or dispensing, and a predetermined method. Cured with. Alternatively, electrical connection can also be achieved by a method of forming a plated layer by a method of performing electroless plating after applying a plating catalyst in a normal through-hole plating, that is, via, and then performing electrolytic plating. On the other hand, when an insulating layer is formed using a liquid or film-like composition, for example, a copper foil is pressed to form a conductive layer outside the insulating layer, a predetermined position is masked, and then a blind via is formed. Conductive connection is made with a conductive paste or plating layer. In this case, the blind via may be made conductive first. Also, a catalyst is applied to the substrate on which the insulating layer and the blind via are formed, electroless plating is performed, and then electroplating is performed as necessary, thereby forming the conductive layer and making the blind via conductive at once. You can also. In this case, the blind via can be made conductive by using a conductive paste.
[0049]
Alternatively, the insulating layer and the conductive layer can be formed and the electrical connection between the conductive layers can be collectively performed by the following method. That is, a conductive bump with a sharp tip is formed in a predetermined place on a multilayer substrate using a conductive paste or the like, and a prepreg and a copper foil, a film-like insulator and a copper foil, or a copper foil with a resin After placing on it, press working is performed. Thereby, the conductive bump with a sharp tip penetrates the insulating layer and realizes electrical connection with the conductive layer.
[0050]
When laminated by the build-up method as described above, it is preferable that the blind vias are filled with a conductor with a conductive paste or the like without gaps, so that the cross section of the coil conductor is all a conductor. However, even in a structure in which only the outer peripheral portion is made conductive like the conventional through-hole plating, the characteristics of the coil formed by using the method of the present invention are not impaired depending on the frequency band.
[0051]
In addition, when forming the vertical part of the coil winding by stacking blind vias, the so-called stacked via (via-on-via) structure is very difficult to form with a general build-up method using through-hole plating. As a result, the vertical portion of the winding of the coil is not a perfect straight line, and often has a stepped shape with a step in the laminated portion. However, even if it becomes such a structure, the characteristic of the coil formed using the method of this invention is not spoiled at all depending on a frequency band.
[0052]
In addition, when using the above-mentioned liquid or film-like insulating material using a through-hole substrate connected by plating, or when further laminating on an insulating layer having a blind via once formed by a build-up method, The through holes or blind vias may be filled by hole filling ink or plating treatment to smooth the surface.
[0053]
In addition to the build-up method, the following methods can be used for stacking together. First, a hole is drilled at a predetermined position on the base material side of the copper-clad single-sided glass epoxy substrate using a laser or the like. Subsequently, electroplating is performed using the copper foil as an electrode (cathode), and the holes are filled with plating. On top of that, low melting point metal bumps are subsequently formed by plating. Next, the copper foil is etched into a predetermined pattern (horizontal portion of the coil winding). On the bump side, the same insulating composition as that used for the insulating layer is thinly applied and semi-cured to prepare an outer layer substrate.
[0054]
Subsequently, the inner layer substrate and the outer layer substrate are aligned and pressed so that the bumps of the outer layer substrate come to predetermined locations on the inner layer substrate. As a result, the semi-cured composition is pushed away from the bumps, and the composition forms an insulating layer between the layers, and at the same time, the bumps form an electrical connection with the conductive layer of the inner substrate. A coil can be formed by such a process. By repeating this process, further multilayering can be easily performed. At this time, the thickness of the insulating layer can be arbitrarily set in accordance with the application, but is preferably about 10 μm to 300 μm from the viewpoint of insulation reliability. The thickness of the conductor can be arbitrarily set in accordance with the use as in the case of the insulating layer, but is practically about 5 μm to 200 μm.
[0055]
So far, the method of forming the coil has been mainly described. However, in the embodiment having the electrode part on the multilayer substrate, the electrode part can be formed in the same manner as the horizontal part of the coil winding. Moreover, about embodiment which has a core structure which consists of a magnetic body in coil center part, a core structure can be formed by apply | coating the paste containing iron, a ferrite, etc. to the applicable part. In the embodiment including a capacitor, the capacitor can be formed by leaving a portion to be a capacitor plate when the conductive layer is patterned in the stacking process of the multilayer substrate. In addition, capacitors can be arranged in the process of stacking the multilayer substrates.
[0056]
The manufacturing method of the coil portion has been described above. However, simultaneously with the formation of the coil, other necessary circuits and wiring therewith can be formed in each layer where the coil is formed. At this time, in order to match with the formation of such other circuits and wirings, an appropriate one can be selected from the above multi-layering process. Further, the embodiment of the invention having no blind via is manufactured not by the manufacturing method based on the build-up method described above but by a known and commonly used multilayer substrate manufacturing method that combines etching, through-hole plating, and lamination press. You can also
[0057]
Further, any of the inductance elements 10 to 130 (excluding the inductance element 90) can be formed on a semiconductor chip constituting a monolithic IC or the like. With such a configuration, a transformer can be incorporated in a semiconductor with a high degree of integration. As a typical example, an example is shown in which the inductance element 10 of FIG. 1 is formed on a so-called electrode wiring layer on a silicon wafer where a transistor is formed and an electrode portion made of tungsten or the like is formed. By applying this method, the coil shape, the turn ratio, the forming direction, and the like can be arbitrarily set. The semiconductor is not limited to silicon, and any known semiconductor material such as gallium arsenide can be used.
[0058]
First, a lowermost insulating layer is formed on a silicon wafer on which transistors and electrode portions are formed. It can be formed by forming a silicon oxide film using a vapor phase method such as CVD, or by post-baking an organic material such as polyimide or benzocyclobutene, which has recently been attracting attention, after spin coating. Subsequently, drilling is performed using various lasers at necessary locations. The hole is a place where electrical connection with a specific place or a lower electrode part of the semiconductor wafer is performed. Subsequently, a conductive pattern is formed. First, an aluminum conductive layer is formed by sputtering, or a copper conductive layer is formed using a vapor phase method such as CVD or a wet method such as plating. Next, exposure and etching are performed to pattern the conductive layer. In this case, the conductive layer may be formed after the previously patterned resist layer is formed. In this step, the holes are also made conductive and electrical connection between the conductive layers is made. Before the exposure process, the surface is usually flattened by physical polishing or a method combining chemical polishing and physical polishing called CMP.
[0059]
Next, an insulating layer is further formed thereon. Next, a hole is formed again, and a conductive pattern is formed by patterning. Further, an insulating layer is formed thereon, drilled, made conductive, and patterned, thereby forming a further conductive pattern and conducting between the conductive patterns. Thereafter, this process is repeated until a desired coil is formed.
[0060]
After the multilayer substrate including the desired coil is formed on the silicon wafer, the silicon wafer and the multilayer substrate including the coil are cut into semiconductor chips. Note that the silicon wafer can be divided into chips before the multilayer substrate containing the coil is stacked on the silicon wafer. In this case, a multilayer substrate containing a coil may be laminated on the outer surface of the semiconductor chip cut in advance in the same manner as in the above-described process.
[0061]
【The invention's effect】
As described above, according to the inductance element of the present invention, it is possible to obtain a small element that functions as a highly efficient transformer formed in a multilayer substrate.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a perspective view showing a configuration of an inductance element 10 according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is an alternative embodiment regarding a turn ratio according to the first embodiment of the present invention. It is a perspective view which shows the structure of the inductance element 11 which concerns on this, and (c) is a perspective view which shows the structure of the inductance element 12 which concerns on alternative embodiment regarding arrangement | positioning of the unit winding of the 1st Embodiment of this invention. is there.
2A is a perspective view showing the configuration of an inductance element 20 according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 2B is an alternative regarding the arrangement of coils according to the second embodiment of the present invention. It is a perspective view which shows the structure of the inductance element 21 which concerns on embodiment.
3A is a perspective view illustrating a configuration of an inductance element 30 according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a diagram illustrating a configuration of an electrode portion of the inductance element 30;
4A is a perspective view illustrating a configuration of an inductance element 40 according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 4B is a diagram illustrating a configuration of an electrode portion of the inductance element 40;
5A is a perspective view illustrating a configuration of an inductance element 50 according to a fifth embodiment of the present invention, and FIG. 5B is a diagram illustrating a configuration of an electrode portion of the inductance element 50; ) Is a view showing a state where the electrode portion shown in (b) is trimmed, (d) is a view showing another configuration of the electrode portion of the inductance element 50, and (e) is a view showing (d). It is a figure which shows a mode that the electrode part shown by 3 was trimmed.
FIG. 6 is a perspective view showing a configuration of an inductance element 60 according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a perspective view showing a configuration of an inductance element 70 according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a perspective view showing a configuration of an inductance element 80 according to an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a perspective view showing a configuration of an inductance element 90 according to a ninth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a perspective view showing a configuration of an inductance element 100 according to a tenth embodiment of the present invention. (A) is a perspective view which shows the structure of the inductance element 100 which concerns on the 10th Embodiment of this invention, (b) is the inductance element which concerns on alternative embodiment regarding the turns ratio of the 10th Embodiment of this invention. FIG. 10C is a perspective view illustrating the configuration of the inductance element 102 according to an alternative embodiment relating to the turns ratio of the tenth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a perspective view showing a configuration of an inductance element 110 according to an eleventh embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a perspective view showing a configuration of an inductance element 120 according to a twelfth embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a perspective view showing a configuration of an inductance element 130 according to a thirteenth embodiment of the present invention.
14A is a circuit diagram of the inductance element 20, FIG. 14B is a circuit diagram of the inductance element 30, FIG. 14C is a circuit diagram of the inductance element 40, and FIG. 14D is an inductance element; 70 is a circuit diagram of FIG.
15A is a circuit diagram of the inductance element 80, FIG. 15B is a circuit diagram of the inductance element 81, FIG. 15C is a circuit diagram of the inductance element 82, and FIG. 15D is an inductance element; 83 is a circuit diagram of FIG.
16A is a circuit diagram when the inductance element 10 functions as a balun, FIG. 16B is a circuit diagram of the inductance element 71, and FIG. 16C when the inductance element 71 functions as a balun. FIG.
[Explanation of symbols]
10-130 inductance element
10a-130a coil
10b-130b coil
10c ~ 130c Unit winding
10d to 130d unit winding
10e-130e multilayer substrate
20f-130f electrode part
30g-40g Electrode part
30h ~ 40h Bonding wire
60i, 120i magnetic material
80j capacitor
80k connection

Claims (16)

多層基板と一体的に形成される複数のコイル、を有し、
複数の前記コイルは、前記多層基板内に支持され、
複数の前記コイルの発生磁界の中心線は、それぞれ略一致し、及び
複数の前記コイルのそれぞれは、お互いに少なくとも一部が立体的にオーバーラップするように配置されることを特徴とするインダクタンス素子。A plurality of coils formed integrally with the multilayer substrate,
A plurality of the coils are supported in the multilayer substrate;
Inductance elements wherein center lines of magnetic fields generated by the plurality of coils substantially coincide with each other, and each of the plurality of coils is arranged so that at least a part thereof overlaps three-dimensionally. . 複数の前記コイルは、それの単位巻線が作るコイル面が前記多層基板に垂直であり、及び
前記多層基板に平行な巻線部分及び当該多層基板に垂直な巻線部分を含むことを特徴とする請求項１に記載のインダクタンス素子。A plurality of coils, wherein a coil surface formed by a unit winding thereof is perpendicular to the multilayer substrate, and includes a winding portion parallel to the multilayer substrate and a winding portion perpendicular to the multilayer substrate; The inductance element according to claim 1. 複数の前記コイルの単位巻線は、同じコイルの隣接する他の単位巻線と同じ方向から見た場合に互いに反対方向に旋回する螺旋状のパターンをそれぞれ有し、及び
互いに隣接する当該単位巻線の組は、前記螺旋状のパターンの先端同士又は末端同士において交互に接続されることを特徴とする請求項１又は２に記載のインダクタンス素子。The unit windings of the plurality of coils each have a spiral pattern that swirls in opposite directions when viewed from the same direction as other unit windings adjacent to the same coil, and the unit windings adjacent to each other. The inductance element according to claim 1, wherein the set of lines are alternately connected at the tips or ends of the spiral pattern. 複数の前記コイルのそれぞれの単位巻線は、所定の配置単位を反復するように配置されることを特徴とする請求項２又は３に記載のインダクタンス素子。  4. The inductance element according to claim 2, wherein the unit windings of the plurality of coils are arranged so as to repeat a predetermined arrangement unit. 5. 複数の前記コイルのそれぞれの単位巻線の前記所定の配置単位は、すべての複数の前記コイルの単位巻線が、それぞれ前記多層基板に垂直な同一平面内に配置されるような配置単位であることを特徴とする請求項４に記載のインダクタンス素子。  The predetermined arrangement unit of each unit winding of the plurality of coils is an arrangement unit in which unit windings of all the plurality of coils are arranged in the same plane perpendicular to the multilayer substrate. The inductance element according to claim 4. 複数の前記コイルは、２つのコイルであり、及び
前記２つのコイルのそれぞれの単位巻線の前記所定の配置単位は、当該２つのコイルの単位巻線が、それぞれ前記コイルの中心軸方向に関して交互に配置されるような配置単位であることを特徴とする請求項４に記載のインダクタンス素子。The plurality of coils are two coils, and the predetermined arrangement unit of the unit windings of the two coils is such that the unit windings of the two coils alternate with respect to the central axis direction of the coils. The inductance element according to claim 4, wherein the inductance element is an arrangement unit such that 前記コイルの内部を貫通する磁性体からなる芯構造を更に有することを特徴とする請求項２から６のいずれか１項に記載のインダクタンス素子。  The inductance element according to claim 2, further comprising a core structure made of a magnetic body that penetrates the inside of the coil. 前記多層基板上に形成され、及び前記コイルの所定の箇所にそれぞれ接続された２つ以上の電極部を更に有することを特徴とする請求項２から７のいずれか１項に記載のインダクタンス素子。  8. The inductance element according to claim 2, further comprising two or more electrode portions formed on the multilayer substrate and respectively connected to predetermined portions of the coil. 前記電極部の少なくともいずれかは、前記コイルの末端に接続されていることを特徴とする請求項２から８のいずれか１項に記載のインダクタンス素子。  The inductance element according to claim 2, wherein at least one of the electrode portions is connected to an end of the coil. 前記電極部は、前記多層基板の同じ側の外面上に形成され、及び
前記電極部で同じコイルに接続されたものは、当該コイルの両側のコイルエッジ近傍のいずれかの側に、前記コイルの中心軸に関して交互に形成されることを特徴とする請求項９に記載のインダクタンス素子。The electrode part is formed on the outer surface on the same side of the multilayer substrate, and the electrode part connected to the same coil is connected to the coil on either side near the coil edge on both sides of the coil. The inductance element according to claim 9, wherein the inductance elements are alternately formed with respect to a central axis. 少なくとも１つの前記電極部は、当該電極部と同じコイルが接続された他の電極部であって、前記多層基板の同じ側の外面上に形成された他の電極部の少なくともいずれかと、間隙を介して対向する位置まで延在するように設けられていることを特徴とする請求項８又は９に記載のインダクタンス素子。  At least one of the electrode portions is another electrode portion to which the same coil as the electrode portion is connected, and has a gap with at least one of the other electrode portions formed on the outer surface on the same side of the multilayer substrate. The inductance element according to claim 8, wherein the inductance element is provided so as to extend to a position facing each other. 前記の対向する電極部同士は、導体によって接続され、それによって、当該電極部同士は、トリミングにより分断可能となっていることを特徴とする請求項１１に記載のインダクタンス素子。  12. The inductance element according to claim 11, wherein the opposing electrode portions are connected by a conductor, whereby the electrode portions can be separated by trimming. 前記多層基板と一体的に形成されるコンデンサであって、前記コイルの所定の箇所と電気的に接続されるコンデンサを更に有することを特徴とする請求項２から１２のいずれか１項に記載のインダクタンス素子。  13. The capacitor according to claim 2, further comprising a capacitor formed integrally with the multilayer substrate and electrically connected to a predetermined portion of the coil. Inductance element. 請求項２から１３のいずれか１項に記載のインダクタンス素子と、
前記多層基板と、を有し、及び
前記多層基板上に又はその内部に他の回路が支持されていることを特徴とするインダクタンス素子内蔵多層基板。The inductance element according to any one of claims 2 to 13,
A multilayer substrate with a built-in inductance element, comprising: the multilayer substrate; and another circuit supported on or in the multilayer substrate. 請求項１４に記載のインダクタンス素子内蔵多層基板が外面に積層された半導体チップ。  A semiconductor chip in which the multilayer board with a built-in inductance element according to claim 14 is laminated on an outer surface. 請求項８から１３のいずれか１項に記載のインダクタンス素子と、
前記多層基板と、を有し、及び
前記多層基板は、前記インダクタンス素子を支持することができる平板であることを特徴とするチップ型インダクタンス素子。The inductance element according to any one of claims 8 to 13,
A chip-type inductance element, wherein the multilayer board is a flat plate capable of supporting the inductance element.
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