JPH0484404A - 集積回路用インダクタおよびトランス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、半導体集積回路に用いられるインダクタお
よびトランスに関するものである。

［従来の技術］ 第７図および第８図は従来の半導体集積回路用のインダ
クタを示す斜視図およびＣ−Ｃ断面図である。これらの
図において、１は基板、３はこの基板１上に導電配線が
渦巻状に配置されたインダクタ線路、３ａはこのインダ
クタ線路３の両端と外部回路を結ぶ引出し配線である。

また、第９図および第１０図は従来の半導体集積回路用
のトランスを示す斜視図およびＤ−Ｄ断面図である。こ
れらの図において、１は基板、６はこの基板１上に導電
配線が渦巻状に配置されたトランスの１次巻線、６ａは
この１次巻線６の引出し配線、７は前記基板１上に同じ
く導電配線が前記１次巻線６と同軸の渦巻状に配置され
たトランスの２次巻線、７ａはこの２次巻＆９７の引出
し配線である。

まず、第７図、第８図のインダクタの動作について説明
する。

引出し配線３ａにつながる外部回路（図示せず）から、
インダクタ線路３に対し信号電流を流す。インダクタ線
路３は渦巻状に巻かれており、コイルとして作用するた
め電磁誘電によりインダクタとして働く。

次に、第９図、第１０図のトランスの動作について説明
する。

１次巻線６の引出し配線６ａにつながる外部回路（図示
せず）から、１次巻線６に対し信号電流を流す。１次巻
線６と２次巻線７は同軸の渦巻状に巻かれており、１次
巻ｌａ６は２次巻ｌａ７に対し相互インダクタンスに従
う電磁誘導を起こす。これにより２次巻線７に発生した
信号電流を２次巻線７の引出し配線７ａから外部にとり
出す。

［発明が解決しようとする課題］ 従来のインダクタは、以上のように構成されているので
、大きなインダクタンスを得ようとした場合、渦巻状の
インダクタ線路３の巻き数を増やすか、もしくは渦巻の
直径を大きくするしかなく、どちらの方法をとってもイ
ンダクタの面積が大きくならざるを得なかった。しかも
、どちらの方法をとってもインダクタ線路３の配線の長
さが大きくなるため、渦巻の巻線間に発生する付加容量
が大きくなる欠点があった。また、インダクタから磁力
線が発生するため、インダクタどうしを近接させると互
いに影響しあうため、あまり近接させることができず、
したがって、高集積化がむづかしかった。

また、従来のトランスの場合も同様で、トランスの効率
を上げるため大きな相互インダクタンスを得ようとした
場合、巻数を増やすか、巻線の直径を大きくするしかな
く、したがって、トランスの面積が太き（ならざるを得
す、それにともなう付加容量が大きくなる欠点があった
。

以上のように従来のインダクタおよびトランスは集積化
する上で大きなインダクタンスおよび効率を得ることは
困難であり、また、インダクタの付加容量を低減するこ
ともむづかしかった。

この発明は、上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、磁力線の周囲への漏れを少な（して、周囲
への影響を小さくした集積化に有利なインダクタ、およ
び高効率で集積化に有利なトランスを得ることを目的と
する。

〔課題を解決するための手段１ この発明に係る請求項　（１）に記載の発明は、基板の
一平面上に磁性体下層膜を備え、この磁性体下層膜上に
基板平面と垂直をなす軸を中心とした渦巻状に配置され
た導電配線を有し、さらに導電配線上に、この導電配線
と絶縁して磁性体上層膜を形成したものである。

また、請求項　（２）に記載の発明は、渦巻状に配置さ
れた導電配線の渦巻軸の中心部分に磁性体部を備えたも
のである。

また、請求項　（３）に記載の発明は、基板の一平面上
に磁性体下層膜を備え、この磁性体下層膜上に基板平面
と垂直をなす軸を中心とした渦巻状に配置された導電配
線からなる１次巻線と２次巻線を有し、さらに１次巻線
および２次巻線上に、この１次巻線および２次巻線と絶
縁して磁性体上層膜を形成したものである。

また、請求項　（４）に記載の発明は、渦巻状に配置さ
れた導電配線からなる１次巻線および２次巻線の渦巻軸
の中心部分に磁性体部を備えたものである。

［作用］ この発明の請求項　（１）に記載の発明においては、渦
巻状のインダクタの上下周囲の主たる部分を被った磁性
材料によってインダクタが発生させる磁力線が周囲に漏
れるのを防ぐ。つまり、インダクタの中心から発生した
磁力線は上側の磁性材料中を通り周辺部まで行き、次に
下側の磁性材料中を通り中心部分へもどるという経路を
たどるため磁性材料から外側へは漏れない。

また、請求項　（２）に記載の発明においては、渦巻状
のインダクタ線路の中心で上下の磁性材料が接触もしく
近接していることで、あたかも空芯コイルに磁性材料を
芯として入れたのと同じ効果により自己インダクタンス
が増大する。したがって、より小さな面積で同じ自己イ
ンダクタンスのインダクタが得られる。

また、請求項　（３）に記載の発明においては、渦巻状
のトランスの上下周囲の主たる部分を被った磁性材料に
よってトランスの中心から発生した磁力線は上側の磁性
材料中を通り周辺部まで行き、次に下側の磁性材料中を
通り中心部分へ戻る経路をたどるため磁性材料から外側
へは漏れない。

また、請求項　（４）に記載の発明においては、渦巻状
の１次巻線と２次巻線の中心で上下の磁性材料が接触も
しくは近接していることで、あたかも空芯コイルに磁性
材料を芯として入れたのと同じ効果により相互インダク
タンスが増大する。したがって、より小さな面積で同じ
相互インダクタンスのトランスが得られる。

［実施例］ 以下、この発明の実施例を図面について説明する。

第１図はこの発明の第１の発明の一実施例を示すインダ
クタの斜視図で、一部を破断して示している。第１図に
おいて、第７図、第８図と同一符号は同じものを示し、
２は前記基板１上に強磁性物質の薄膜で形成された磁性
体下層膜、４はこの強磁性体下層膜２とインダクタ線路
３を電気的に絶縁する絶縁膜、５は前記インダクタ線路
３および引出し配線３ａと空間的に間隔をとった磁性体
上層膜である。

この動作は、引出し配線３ａにつながる外部回路からイ
ンダクタ線路３に対し信号電流を流す。

インダクタ線路３は渦巻状に巻かれており、コイルとし
て作用するため電磁誘導によりインダクタとして働く。

この時、インダクタ線路３が作る磁束を考えると、イン
ダクタ線路３の渦巻の中心から上方に発生された磁束は
、磁性体上層膜５の中央部から磁性体上層膜５中を通り
周辺部へ伝わり、周辺部で磁性体下層膜２へ伝わり、磁
性体下層膜２中を今度はインダクタ線路３の渦巻の中心
方向に向かって伝わり、中心部で出発点にもどり磁力線
として閉じた経路を作る。したがって、磁力線の影響を
周囲の素子に与えることはない。

第２図はこの発明の第２の発明の一実施例を示すトラン
スの斜視図で、一部を破断して示している。第２図にお
いて、６は電磁誘導を起こす信号電流が流れる導電配線
を渦巻状に配置した１次巻線、６ａはこの１次巻線６と
外部回路を電気的につなぐ１次巻線６の引出し配線、７
は電磁誘導による励起信号電流を発生する同じく導電配
線を渦巻状に配置した１次巻線６と同軸の２次巻線、７
ａはこの２次巻線７と外部回路を電気的につなぐ２次巻
線７の引出し配線であり、その他は第１図と同じもので
ある。

この動作は、１次巻線６の引出し配線６ａにつながる外
部回路から１次巻線６に対し信号電流を流す。１次巻線
６と２次巻線７は同軸の渦巻状に巻かれており、１次巻
線６は２次巻線７に対し相互インダクタンスに従う電磁
誘導を起こす。これにより２次巻線７に発生した信号電
流を２次巻線７の引出し配線７ａから外部にとり出す。

この時に１次巻線６が作る磁束を考えると、１次巻線６
．２次巻線７の中心から上方に発生された磁束は、磁性
体上層膜５の中央部から磁性体上層膜５中を通り周辺部
へ伝わり、周辺部で磁性体下層膜２へ伝わりこの磁性体
下層膜２中を通り、１，２次巻線６，７の中心方向に向
かって伝わり、中心部で出発点に戻り磁力線として閉じ
た経路を作る。したがって、この場合も磁力線の漏れが
な（なる。

第３図はこの発明の第１の発明（第１図）の他の実施例
を示す斜視図である。この実施例は導電配線を渦巻状に
配置したインダクタ線路３の渦巻の中心部の磁性体下層
膜２と磁性体上層膜５を接触させたものである。５ａは
その中心磁性体部を示す。

上記第３図のＡ−Ａ線およびＢ−Ｂ線による断面図を第
４図（ａ）、（ｂ）に示す。

なお、上記実施例ではインダクタ線路３の渦巻軸の中心
部の磁性体下層膜２と磁性体上層膜５を接触させた例を
示したが、これは接触させず近接させる構成としてもよ
い。

このように、渦巻軸の中心部で磁性体下層膜２と磁性体
上層膜５とを接触または近接させることにより、磁束は
磁性体中から発生する構造となり、渦巻軸の中心部に磁
性体がないものに比べ自己インダクタンスが大幅に増大
する。

第５図はこの発明の第２の発明（第２図）の他の実施例
を示す斜視図であり、トランスを形成する１次巻線６．
２次巻線７の渦巻軸の中心部を中心磁性体部５ａにより
磁性体下層膜２と磁性体上層膜５とを接触させたもので
、そのＡ−ＡＡｍおよびＢ−Ｂ線による断面図を第６図
（ａ）、（ｂ）に示す。この実施例によれば、相互イン
ダクタンスが大幅に増大する。

なお、第５図の実施例でも渦巻軸の中心部の磁性体下層
膜２と磁性体上層膜５は接触でなく、近接させる構成で
もよいことはもちろんである。

また、上記の各実施例は、絶縁膜４を介在させた場合を
示したが、磁性体下層膜２がもともと不導体である場合
には絶縁膜４はなくともよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明の請求項　（１）に記載
の発明は、基板の一平面上に磁性体下層膜を備え、この
磁性体下層膜上に基板平面と垂直をなす軸を中心とした
渦巻状に配置された導電配線を有し、さらに導電配線上
に、この導電配線と絶縁して磁性体上層膜を形成したの
で、インダクタが発生する磁力線が磁性体下層膜および
磁性体上層膜で被われ外部に漏れない。したがって、集
積回路においてこのインダクタを用いれば周囲の素子へ
の磁力的影響が無いため、今まで以上に素子どうしの距
離を近接させることができ、高集積化がはかれる。

また、この発明の請求項（３）に記載の発明は、基板の
一平面上に磁性体下層膜を備え、この磁性体下層膜上に
基板平面と垂直をなす軸を中心とした渦巻状に配置され
た導電配線からなる１次巻線と２次巻線を有し、さらに
１次巻線および２次巻線上に、この１次巻線および２次
巻線と絶縁して磁性体上層膜を形成したので、トランス
からの磁力線の漏れがなくなるため、トランスを使用す
る集積回路の集積度向上に有利である。

また、この発明の請求項　（２）および（４）に記載の
発明は、インダクタ線路またはトランス巻線の渦巻軸の
中心部の磁性体下層膜と磁性体上層膜を接触または近接
させたので、空芯コイルに強磁性の芯を入れたのと同じ
効果があり、磁性体物質がない時に比べ自己インダクタ
ンスもしくは相互インダクタンスが増大し、その結果、
同じ能力を持つ素子の素子面積を縮小することができ高
密度集積が可能となる。また、同じ能力の素子で比べる
と巻線の巻き数を減少させることができ、これは負荷容
量の低下に結びつき、その結果、高周波動作に有利なイ
ンダクタおよびトランスを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の発明の一実施例によるインダ
クタを示す一部を破断した斜視図、第２図はこの発明の
第２の発明の一実施例によるトランスを示す一部を破断
した斜視図、第３図はこの発明の第１の発明の他の実施
例によるインダクタを示す一部を破断した斜視図、第４
図（ａ）および（ｂ）は、第３図のＡ−Ａ線およびＢ−
Ｂ線による断面図、第５図はこの発明の第２の発明の他
の実施例によるトランスを示す一部を破断した斜視図、
第６図（ａ）および（ｂ）は、第５図のＡ−ＡＡｍおよ
びＢ−Ｂ線による断面図、第７図は従来のインダクタを
示す斜視図、第８図は、第７図のＣ−Ｃ線による断面図
、第９図は従来のトランスを示す斜視図、第１０図は、
第９図のＤ−Ｄ線による断面図である。 図において、１は基板、２は磁性体下層膜、３はインダ
クタ線路、３ａは引出し配線、４は絶縁膜、５は磁性体
上層膜、５ａは中心磁性体部、６は１次巻線、６ａは引
出し配線、７は２次巻線、７ａは引出し配線である。 なお、各図中の同一符号は同一または相当部分を示す。 第 図 ］３ 但４ｇＬ体上／１１１８罠 第 図 第 図 ｂａ　　／ａ フＩ工し自己復艮 第 図 ら 第 図 ａ 中心４叫−１イム部 第 図 第 図 第 図 第 図 Ａ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）基板の一平面上に磁性体下層膜を備え、この磁性
   体下層膜上に前記基板平面と垂直をなす軸を中心とした
   渦巻状に配置された導電配線を有し、さらに前記導電配
   線上に、この導電配線と絶縁して磁性体上層膜を形成し
   たことを特徴とする集積回路用インダクタ。（２）渦巻
   状に配置された導電配線の渦巻軸の中心部分に磁性体部
   を備えたことを特徴とする請求項（１）に記載の集積回
   路用インダクタ。 （３）基板の一平面上に磁性体下層膜を備え、この磁性
   体下層膜上に前記基板平面と垂直をなす軸を中心とした
   渦巻状に配置された導電配線からなる１次巻線と２次巻
   線を有し、さらに前記１次巻線および２次巻線上に、こ
   の１次巻線および２次巻線と絶縁して磁性体上層膜を形
   成したことを特徴とする集積回路用トランス。 （４）渦巻状に配置された導電配線からなる１次巻線お
   よび２次巻線の渦巻軸の中心部分に磁性体部を備えたこ
   とを特徴とする請求項（３）に記載の集積回路用トラン
   ス。