JP3084503B2 - 薄膜インダクタ - Google Patents

薄膜インダクタ

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JP3084503B2 JP06239002A JP23900294A JP3084503B2 JP 3084503 B2 JP3084503 B2 JP 3084503B2 JP 06239002 A JP06239002 A JP 06239002A JP 23900294 A JP23900294 A JP 23900294A JP 3084503 B2 JP3084503 B2 JP 3084503B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は,表面実装技術(以下,
SMTと呼ぶ)を更に高密度にしたマルチチップモジュ
ール(以下,MCMと呼ぶ)の回路基板内に使用する薄
膜インダクタに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来,100MHz〜5GHzの高周波
帯域で使用されるチップ素子の高周波コイルとしては,
例えば,アルミナボビン巻線コイル,あるいは低誘電率
基板上に直接形成した平面コイル等がよく知られてい
る。これらコイルの軽薄短小化を目視したこれまでの実
装では,部品の小型化が先行し,SMT実装技術との連
携により飛躍的に実装技術が進歩してきた。
【0003】しかし従来の実装技術の延長線では部品の
小型化やその組立技術に限界が見え始めてきている。ま
た,一方では,コイルの高速化や多機能化要求が次々に
出されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】そこで,従来のチップ
部品の問題点を挙げると,例えば,アルミナボビン巻線
コイルでは大きさ及び巻数に限界があり,厚みの薄い小
型チップ化及び巻線工程上インダクタンスの精度確保に
問題がある。
【0005】一方,低誘電率基板上に直接形成するコイ
ルでは,導体厚みを厚くできないとか,複雑なコイルの
場合多層化などにより作製方法が難しくインダクタンス
の精度が得られ難い等,種々の制約が多かった。更に
又,この種のコイルでは,回路基板の浮遊容量により共
振周波数が低下するとか,特に,空心コイルチップ部品
の場合,アンテナとなって回りの磁気的電気的ノイズを
容易に拾い易く,逆にノイズの発生源となる事もある。
【0006】より具体的に説明すると,低誘電率基板上
に直接形成する平面コイル等に関しては,1ターンコイ
ルのインダクタンスは,その直径にもよるが,コイルの
大きさに比較して小さなインダクタンス値を示す。その
為,大きなインダクタンスを得る為にはラセン状にして
磁束密度を大きくする必要があった。
【0007】しかしながら,このラセン状コイルでは,
コイル線間隔が狭く,その為線間の浮遊容量が大きく,
この浮遊容量に起因して共鳴周波数が低下するという問
題があった。即ち,線間の幅を広くすると磁束が漏れて
インダクタンスが得られず,線間の幅を狭くすると線間
浮遊容量により共鳴周波数が低下するというトレードオ
フを生じた。このようにチップ部品は回路設計上色々と
支障が出始めている。
【0008】そこで,本発明の一技術的課題は,これま
でのチップ部品とは異なり,回路基板の中にコイル形成
することで,より高密度で小型な回路基板を作製し,高
周波化に対応した薄膜インダクタを提供することにあ
る。
【0009】また,本発明のもう一つの技術的課題は,
平面コイルにおいて線間の浮遊容量を増加させずに大き
なインダクタンスを得ることができる薄膜インダクタを
提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明者等は,上記チッ
プ部品の小型化,精度確保の問題を解決し,また回路基
板に直接成膜する際の作製工程及び作製速度を改善し,
インダクタンスの精度向上の為,半ターンコイルを連続
的に接続した集合1ターンコイルからなる薄膜インダク
タにより,コイルの低浮遊容量化を計って,高共鳴周波
数と高インダクタンスの両立を図り本発明を成すに至っ
たものである。
【0011】本発明によれば,第1の直径を有する円形
の1ターンコイルの半分の半円孤からなる複数の第1の
半ターンコイルを,前記第1の直径よりも大きな第2の
直径を有する円の円周方向に,前記半円孤が前記円周の
外側方向に交互に凹凸を繰り返すように並べて,夫々隣
接する端部同士を接続して形成した第1の集合1ターン
コイルを備え,前記第の直径に対する前記第の直径
の比の値が少くとも2であることを特徴とする薄膜イン
ダクタが得られる。
【0012】また,本発明によれば,前記薄膜インダク
タにおいて,前記第1の集合1ターンコイルは,両端に
夫々通電用の端子を備え,前記第1の集合1ターンコイ
ルは,前記両方の端子を含めて同一平面内に形成されて
いることを特徴とする薄膜インダクタが得られる。
【0013】また,本発明によれば,前記薄膜インダク
タにおいて,前記第1の集合1ターンコイルの中に内部
半ターンコイルを含む前記第2の直径よりも小さな第3
の直径を有する第2の集合1ターンコイルを少なくとも
1つ配置して,前記第1の半ターンコイルの磁束を調整
するように構成したことを特徴とする薄膜インダクタが
得られる。
【0014】さらに,本発明によれば,前記薄膜インダ
クタにおいて,薄膜基板を複数積層した多層薄膜基板の
内の一つの薄膜基板の内部の一面上に,前記第1の集合
1ターンコイルが形成されていることを特徴とする薄膜
インダクタが得られる。
【0015】ここで,寸法比で本発明を定義すると,
(集合1ターンコイルの直径/半ターンコイルの直径)
の直径比は2以上がコイル作製上必要である。その限定
理由は,2以下の場合においては,上記構成を成すこと
が難しく,さらに高共鳴周波数と高インダクタンスとい
う効果が少ないからである。
【0016】
【作用】本発明においては,上記第1の集合1ターンコ
イルにより大きなインダクタンスを得ることができると
ともに,コイルを構成する導線が互いに平行に配置され
ていないので,線間容量が発生せず,低浮遊容量のコイ
ルが得られる。
【0017】
【実施例】以下,本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
【0018】図1は本発明の第1実施例に係る薄膜イン
ダクタの概略平面図である。図1に示すように,薄膜イ
ンダクタ1は,第1の直径2を有する半ターンコイル3
を第2の直径4の円弧上5に反転しながら端部を夫々接
続して略第2の直径4を有する第1の集合1ターンコイ
ル6を形成している。この第1の集合1ターンコイル6
の両端には,外方に引き出された端子部7,7が夫々形
成されている。
【0019】本発明の第1実施例に係る薄膜インダクタ
は,このような構成であるので,直径の小さな半ターン
コイル3がインダクタンスを生じ,それを集積すること
で大きなインダクタンスを得ることができる。更に,本
発明の第1実施例に係る薄膜インダクタは,スパイラル
コイルとは異なり,導線が互いに平行に配置されていな
いので,線間容量が発生しにくい構造となっている。そ
の結果,共鳴周波数が高く,低浮遊容量のコイルを作製
することができる。
【0020】図2は本発明の第2実施例に係る薄膜イン
ダクタの概略平面図である。図2に示すように,薄膜イ
ンダクタ10は,第1の直径11を有する半ターンコイ
ル12を,第1の直径11よりも大きな第2の直径13
を有する円弧14上に反転しながら接続して略第2の直
径13を有する第1の集合1ターンコイル15を形成し
ている。第1の集合1ターンコイル15の内部に,第1
の集合1ターンコイル15と中心を等しくするとともに
第2の直径13よりも小さな第3の直径16を有する円
弧上17に,第2の集合1ターンコイル18が形成され
ている。第2の集合1ターンコイル18は外方に突出し
た第1の内部半ターンコイル19と,内側に,窪んだ第
2の内部半ターンコイル20とを備えている。図示の例
では,第1の内部半ターンコイル19は,半円弧状を有
し,第2の内部半ターンコイル20は半楕円形状を有し
ている。
【0021】第1の集合1ターンコイル15と第2の集
合1ターンコイル18との共通した一つの中心に対し
て,等角度位置にある一端は,接続部21を介して互い
に電気的に接続されるとともに,同じく等角度位置にあ
る他端は夫々外方に延在する端子部22,22が夫々形
成されている。
【0022】半ターンコイルの磁束を調整するために,
図2のように第1の集合1ターンコイル15の中に更に
小さな半ターンコイルからなる小さな第2の集合1ター
ンコイル18をスパイラル巻き又は無誘導巻きに配置す
ることで,磁束を効果的に活用することができる。ま
た,夫々の集合1ターンコイルは,直径の大きな第1の
集合1ターンコイル15とそれを構成する半ターンコイ
ル12の直径比が2以上から成るように形成している。
【0023】図3は,図2に示した薄膜インダクタを薄
膜基板上に形成した一例を示す図である。図3に示すよ
うに,薄膜インダクタ10は,低誘電率の樹脂薄膜/C
uからなるか,又は表面に樹脂薄膜を形成した低熱膨張
率のCu/インバー/Cuからなる薄膜基板24の上に
形成される。この薄膜基板24には,厚み方向に貫通し
たビアホール25とスルーホール26とが形成されてお
り,薄膜インダルタ10を流れる電流は,端子部22を
介してビアホール25に接続され,このビアホール25
を通して他の導電層に接続される。
【0024】図4は,図3の薄膜基板を積層した多層薄
膜基板の一例を示す分解組立斜視図である。図4に示す
ように,薄膜インダクタ10は,数層および数十層から
成る多層薄膜基板24の間に挿入し,ビアホール25
を,他の導電パターン27に接続し熱プレス等により接
着することで基板24内に実装される。
【0025】次に,本発明の実施例による薄膜インダク
タの原理について図5乃至図8を参照して具体的に説明
する。集合1ターンコイルはこれまでの1ターンコイル
を半ターンコイルの集合で形成しているものであり,1
ターンコイルと半ターンコイルの双方の特長を有してい
る。その結果,高共鳴周波数と,高インダクタンスを合
わせ持っている。
【0026】図5は本発明に第3実施例に係る薄膜イン
ダクタ55を示している。この薄膜インダクタ55は,
80μm線幅の空心コイルである。外側の集合1ターン
コイル(第1の集合1ターンコイル)56はコイル直径
750μmであり,150μm直径の第1の半ターンコ
イル57から形成され,内側の集合1ターンコイル(第
2の集合1ターンコイル)58はコイル直径220μm
であり,150μm直径の半ターンコイル59から形成
されている。この薄膜インダクタ55は,集合1ターン
コイル56,58の組み合わせでスパイラル方向に巻か
れている。集合1ターンコイル56と集合1ターンコイ
ル58の一端部は,多層薄膜基板の裏面側にて接続され
ている。
【0027】図6は,比較のための従来の1ターンコイ
ルの概略平面図である。図6に示すコイル50の寸法
は,線幅が100μmでコイル直径が750μmであ
る。また,図7は本発明の第4実施例に係る薄膜インダ
クタの概略平面図で,図6と同一線幅,同一コイル直径
で,150μm直径の半ターンコイル52からなる集合
1ターンコイル53を形成している。この3種類のイン
ダクタについて,インダクタンスの周波数特性をネット
ワークアナライザーを用いて測定した。
【0028】図8にその結果を示した。この結果に見ら
れるように,図6に示した1ターンコイル50では10
MHz〜数GHzまでインダクタンスの周波数特性は,
曲線60に示されるようにコンスタントである。それに
対して,図7に示される集合1ターンコイル52のみの
薄膜インダクタ51は半ターンコイル52,52の集合
により,曲線61に示されるようにインダクタンスが大
幅に増加しており,集合1ターンコイルの特長が現れて
いる。図5に示した外側の集合1ターンコイル56に,
内側の集合1ターンコイル57を加えた薄膜インダクタ
55は,磁束が有効に活用される為,曲線62に示すよ
うにインダクタンスの値が,図6に示すように外側の集
合1ターンコイル53だけよりも大きくなる。
【0029】このように,本発明の実施例に係る集合1
ターンコイル55は同一面積で大きなインダクタンスを
確保でき,通常の1ターンコイルに比較してメリットが
大きい。
【0030】尚,上記実施例では,空心コイルの特性に
ついて,3種類のコイルの特性を比較検討し,GHz帯
域の周波数領域で使用することを述べた。本実施例の応
用する分野はコイル内の浮遊容量の低いことが求められ
る分野であり,主に基板上又は基板内の電気回路内で用
いることが効果的である。その際,インダクターの動作
周波数帯域は高周波化され発熱が多くなるので,基板に
は低誘電率で,低熱膨張性が要求される。
【0031】更に,コイル作製の際,本発明は基本的に
は1ターンコイルであり,同一平面内にコイルが形成さ
れているので,端子が同一平面内にあり,コイル作成が
容易な為,歩留りが高く,インダクタンスの精度も高い
という利点を持っている。その為,連続的なプリント配
線を作製する際は容易に空心コイルを形成することがで
きる。
【0032】
【発明の効果】以上の説明から,本発明に係る集合1タ
ーンコイルを用いた薄膜インダクタによれば,共鳴周波
数を低下させずに,インダクタンスを増加させることが
でき,その結果,今後のコイルの高周波化に対応できる
ので,その意義は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例に係る薄膜インダクタの概
略平面図である。
【図2】本発明の第2実施例に係る薄膜インダクタの概
略平面図である。
【図3】図2の薄膜インダクタが作製される多層薄膜基
板の概略図である。
【図4】図3の薄膜インダクタが多層基板内で他の層と
接続している様子を示す概略図である。
【図5】比較のために線幅100μmで作製した従来の
1ターンコイルの概略図である。
【図6】線幅100μmで作製した集合1ターンコイル
の模式図である。
【図7】本発明の第3実施例に係る薄膜インダクタの概
略平面図で,線幅80μmで作製した外側の集合1ター
ンコイルと内側の集合1ターンコイルから成るスパイラ
ル巻きにより形成されている。
【図8】図5,図6,及び図7に示したインダクタのイ
ンダクタンスの周波数特性を示す図である。
【符号の説明】
1 薄膜インダクタ 2,11 第1の直径 3 半ターンコイル 4,13 第2の直径 5,14,17 円弧 6,15,56 第1の集合1ターンコイル 7,22 端子部 10 薄膜インダクタ 12,57,59 半ターンコイル 16 第3の直径 18,58 第2の集合1ターンコイル 19 第1の内部半ターンコイル 20 第2の内部半ターンコイル 21 接続部 24 薄膜基板 25 ビアホール 26 スルーホール 27 導電パターン 55 薄膜インダクタ
フロントページの続き (56)参考文献 実開 昭54−64945(JP,U) 実開 平1−139413(JP,U) 実開 昭50−145455(JP,U) 実開 昭49−149237(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01F 17/00,27/28 H01L 27/04 H05K 1/16

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1の直径を有する円形の1ターンコイ
    ルの半分の半円孤からなる複数の第1の半ターンコイル
    を,前記第1の直径よりも大きな第2の直径を有する円
    の円周方向に,前記半円孤が前記円周の外側方向に交互
    に凹凸を繰り返すように並べて,夫々隣接する端部同士
    を接続して形成した第1の集合1ターンコイルを備え,
    前記第の直径に対する前記第の直径の比の値が少く
    とも2であることを特徴とする薄膜インダクタ。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の薄膜インダクタにおい
    て,前記第1の集合1ターンコイルは,両端に夫々通電
    用の端子を備え,前記第1の集合1ターンコイルは,前
    記両方の端子を含めて同一平面内に形成されていること
    を特徴とする薄膜インダクタ。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の薄膜インダクタにおい
    て,前記第1の集合1ターンコイルの中に内部半ターン
    コイルを含む前記第2の直径よりも小さな第3の直径を
    有する第2の集合1ターンコイルを少なくとも1つ配置
    して,前記第1の半ターンコイルの磁束を調整するよう
    に構成したことを特徴とする薄膜インダクタ。
  4. 【請求項4】 請求項3記載の薄膜インダクタにおい
    ,薄膜基板を複数積層した多層薄膜基板の内の一つの
    薄膜基板の内部の一面上に,前記第1の集合1ターンコ
    イルが形成されていることを特徴とする薄膜インダク
    タ。
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