JPH07501910A - 強磁性バイアを内部に有する多層の三次元構造 - 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】 多層、３次元構造／基板内の磁気バイア発明の背景 ここに開示する発明は、一般にハイブリッド多層回路構造に関するものであり、 より特定的には、その中に形成される強磁性のバイア（ｖ　ｉ　ａ）構造を有す るノλイブリッド多層回路構造に関するものである。

混成マイクロサーキットとしても知られるハイブリッド多層回路構造は個別回路 デバイスの相互接続及びパッケージングを実現するもので、厚膜又は薄膜技術を 用いた単一の基板層の上に形成されるか、又は、間に導体トレースが配置された 複数の一体的に溶融された絶縁層（例えば、セラミック層）を含む多層基板とし て形成されるかのいずれかである一体化多層回路構造（ｕｎｉｔｉｚｅｄ　ｍｕ ｌｔｉｌａｙｅｒ　ｃｉｒｃｕｉｔ　５ｔｒｕｃｔｕｒｅ）を含むのが一般的で ある。個別回路デバイス（例えば、集積回路）は、他の絶縁層によって覆われな いように最上部の絶縁層上に設置されるか、又は個別デバイスのためのキャビテ ィを提供するように形成されたダイ・カットアウト（ｄｉｅ　ｃｕｔｏｕｔ）を 有する絶縁層上に一般的に設置される。キャパシタ、インダクタ、抵抗のような 受動コンポーネントは、例えば、厚膜処理によって個別デバイスを支持する同じ 層に形成することができ、又は、例えば厚膜技術によって絶縁層間に形成するこ ともできる。異なる層上の導体とコンポーネントとの間の電気的相互接続は、バ イア即ち穴を絶縁層に適当に配置して形成し、それらを導電性材料によって充填 することにより、導電性材料をバイアの上又は下に延在する層間の所定の導体ト レースと接触させることによって達成される。

強磁性構造を一体化多層回路構造に組み入れる従来の方法は、一体化多層回路構 造の外部のコンポーネント又は構造において個別強磁性材料を用いるので、結果 として出来上がる製品は比較的大きく、重くなる。

発明の概要 従って、一体化多層回路構造において実現することができる強磁性構造を提供す ることは有益である。

他の利点は、一体化多層回路構造の製造プロセスで実現することができる強磁性 構造を提供することである。

前記及び他の利点は、一体化多層構造構に強磁性バイア充填物を含む強磁性構造 を用いる本発明によって提供される。

図面の簡単な説明 ここに開示する発明の利点及び特徴は、以下の詳細な説明を図面を参照して読む とき、当業者に容易に理解されるであろう。

図ＩＡ及びＩＢは、マイクロストリップ・インダクタンスに沿って配置された本 発明に係る強磁性バイア構造を概略的に示す。

図２は、結合されたライン間の相互結合を増加させるための本発明に係る３次元 強磁性バイア構造を概略的に示す。

図３Ａ及び３Ｂは、ＥＭＩ隔離・ノールドのための本発明に係る強磁性バイア構 造を概略的に示す。

図４Ａ及び４Ｂは、本発明に係る隔離強磁性バイア構造を概略的に示す。

図５は、本発明に係る隔離強磁性バイア構造を概略的に示す。

図６は、垂直及び横方向の隔離を提供する本発明に係る隔離強磁性バイア構造を 概略的に示す。

図７は、ライン・インピーダンスを変更するために導体トレースを囲む本発明に 係る強磁性バイア・バンドを概略的に示す。

図８Ａ及び８Ｂは、異なる横方向寸法のバイアを含む本発明に係る別の強磁性以 下の詳細な説明及び図面のいくつかの図においては、類似の構成要素は、同じ参 照番号によって同定されている。

本発明による強磁性バイア構造は、その外側に取り付けられる様々な個別の回路 を相互接続するのに利用される一体化多層回路構造において実現される。一体化 多層回路構造は、（たとえばセラミックを含む）複数の絶縁層と、絶縁層の間に 配置された導電性トレース払絶縁層に形成された導電性バイアとから形成され、 導電性バイアは（たとえば絶縁層の頂部に形成されそれに重なる絶縁層によって 被覆される素子である）任意の埋め込まれた素子と共に処理されて一体的に溶融 された一体化多層構造を形成する。個別の回路は、典型的には、一体化の作業の 後で一体化多層回路構造の外部に取り付けられ電気的に接続される。

本発明によれば、強磁性のコーティング又はバイア充填材を含む三次元強磁性構 造は、異なった配置で一体化多層構造に形成され、様々な目的を達成する。強磁 性構造のための適宜のバイア開口が、たとえば機械的穴明は又はレーザ・ドリル 等の従来の技術によって、導電性のバイア充填材のような他のタイプの材料に対 するバイア開口と共に個々の層に形成される。本明細書において「強磁性」とは 、鉄、ニッケル、コバルト、種々の合金等の、極めて高い透磁率、比較的弱い磁 界中での高い磁化能力、特性飽和点、磁気ヒステリシスを有する物質を意味する 。

強磁性バイア構造のためのバイア開口は、種々の特別の目的を達成するために異 なったサイズや形状を有することができ、また、線状のバイア構造のために狭く 細長いバイア開口を含むこともある。大きなバイア開口では、最終的な一体化多 層回路構造の構造的完全性を維持するために、丸みの付いた隅が要求されること もある。強磁性構造に対するバイア開口は、たとえばスクリーン印刷等の従来の バイア充填技術を用いて、強磁性材料でコーティング又は充填される。バイア・ コーティングは、比較的少量の磁気材料に対してだけ適切であり得る。バイア開 口を充填するのに用いられる強磁性材料は、作成プロセスを通じて絶縁層の材料 と適合性のあるものでなければならず、また、強磁性構造は、一体化多層構造に 構造的な弱さを持ち込んではならない。相溶性の低温コファイアド（ｃｏｆｉｒ ｅｄ）セラミック（ＬＴＣＣ）とフェライト・インクとの組み合わせの例は、デ ュポン社の８５１ＡＴセラミツク・テープとＥＳＬ−ＥＸ２０００フェライト・ インクである。バーンアウト（ｂｕｒｎ−ｏｕ　ｔ）と焼結プロフィールとを含 むテープ製造者推薦の処理が用いられ得る。

三次元の強磁性構造を一体化多層回路に組み入れることにより、インダクタ及び 変圧器の改善、電磁気的干渉（ＥＭＩ）の減少、磁界の集中及び制御、（サーキ ュレータ、アイソレータ、位相ンフタ、方向性結合器その他の飽和磁気装置等の ）非線形デバイスを含む広範囲の効果及び性能の向上がもたらされ、他方で、個 別の外部的な強磁性要素を付加する必要性が最小限に抑えられる。変圧器の性能 の向上は、（ｉ）磁束経路を制御することによって漏れインダクタンスを最小化 し、（１ｉ）巻線数の減少により所与のインダクタンスに対する導体損失を減少 させることにより、達成される。

図ＩＡ及び図ＩＢには、リング状のマイクロストリップ・インダクタンス１１と 共に使用され、その長軸に沿って分布する強磁性構造が図示されている。各強磁 性構造は、マイクロストリップ・インダクタンス１１の各側部に配置された１対 の強磁性バイア・コラム１３ａ、１３ｂを有している。各強磁性構造のバイア・ コラム１３ａ、ｉ３ｂは一般に同一平面上にあり、マイクロストリップ・インダ クタンス１１の上下に複数の層が伸びている。特に図ＩＢに示されているように 、各強磁性構造の強磁性コラム１３ａ、１３ｂは、幅の狭いバイア１５ａと、マ イクロストリップ・インダクタンス１１の上側で内側に伸長するバイア１５ｂと 、マイクロストリップ・インダクタンス１１の下側で内側に伸長する下側の幅の 広いバイア１５ｂとを含む強磁性バイアの対応する積層を含む。幅の狭いバイア １５ａは、例えば、円状のバイアを構成し得る。内側に伸長するバイア１５ｂは 、例えば、長さは図ＩＡに表され幅はこの図の面に垂直である円状又は線状のバ イアを構成し得、狭いバイア１５ａのＩｎ径にほぼ等しくすることができる。

各強磁性構造の内側に伸長するバイア１５ｂとその間の幅の狭いバイア１５ａと は、一般に、マイクロストリップ・インダクタンス１１を部分的に取り囲むＣの 形状の対向する強磁性構造を形成する。別の幅の狭い強磁性バイア１５ａは、内 側に伸長するバイア１５ｂから上向きに伸長し得る。本質的に、各強磁性構造は 、マイクロストリップ・インダクタンス１１を部分的に取り囲むように配置され た複数の強磁性バイア１５を含む。内側に伸長するバイア１５ｂの間のギャップ は、特定の応用例では、小さいほど望ましい。

以上では二次元の強磁性バイア構造をリング状のマイクロストリップ・インダク タンスとの関係で説明してきたが、強磁性構造は、部分的に取り囲む強磁性バイ ア構造がマイクロストリップ又はストリップライン・インダクタンスの外周に沿 って分布された他のインダクタンス構造と共に実現ｉｉＪ能であることを理解す べきである。

図ＩＡ、ＩＢに示された強磁性構造は、インダクタンスを強化し、地板に誘導さ れる回転電流に起因する損失を最小化するように機能する。強磁性バイアの存在 によって、優先的な媒体と磁界線の集中とが与えられる。これによって、一体化 多層回路の地板による磁界線のインターセプトや結果的な誘導電流及び損失が最 小化される。強磁性構造の結果として、一層高いインダクタンス値が達成され、 特定の値に対するインダクタは一層短くなり、一層高いＱが得られる。

次に、図２を参照すると、これには、結合されたライン２７．２９の間の相互結 合を増大させるための３次元強磁性バイア構造を示しである。この強磁性バイア 構造は、複数の短い強磁性バイア・コラム２３を含み、これらは、異なった絶縁 層上に西る結合形ライン２７．２９の重なり領域に形成される。それら強磁性バ イア・コラム２３の各々は、強磁性バイア２５を積み重ねたスタックから成って いる。この強磁性構造は、より小さな構造で電力伝送の改善、インピーダンス変 換の改善、並びに多層回路構造内の帰還機構及び経路を可能にする。

本発明による３次元強磁性バイア構造の更に別の応用例は、ＥＭＩ隔離及びシー ルドである。図３Ａ及び図３Ｂに概略的に示しているのは、隔離強磁性バイア構 造であり、これは、強磁性バイア・コラム３３の複数の列３１を含んでおり、そ してその強磁性バイア・コラムの各々は、強磁性バイア３５のスタックから成っ ている。強磁性コラム３３の列３工は、本質的には、強磁性隔離領域を形成して おり、この領域の垂直方向及び長手方向の範囲（図３Ａの面に直交）は、所要の 隔離に依存することになる。この強磁性バイア・コラムの列は、屈曲部を設けで あるいは設けずに直線状に配置したり、あるい平面図で見たときに非直線状の輪 郭に沿って配置したりすることができる。その応用に依存して、強磁性バイア・ コラムは、その底部隔離層からその頂部隔離層まで延在し、あるいは、所定の互 いに隣接した内部層内に含まれることができる。

図４Ａ及び図４Ｂに概略的に示しているのは、隔離強磁性バイア構造の線状構造 であり、これは、線状バイア４５の垂直方向スタック４３を含み、その線状バイ ア４５の各々は、その幅よりも大きな長さを有している。特定の応用に依存して 、線状バイア４５の複数の垂直方向スタックを使って隔離を提供するようにでき る。この線状バイア４５は、屈曲部を有したりあるいは非直線状輪郭に沿うよう にしたりあるいはその双方をもつように構成することができる。

図５は、更に別の隔離強磁性バイア構造を概略的に示しており、これは、複数の 強磁性バイア５５を含み、これらのバイアは、連結形グリノドで配置した例えば 円形バイアあるいは線状バイアとすることができ、そしてこれにおいては、ある 所与の層内の強磁性バイアは、これより上のあるいは下の任意の強磁性バイアと 部分的に重なりしかもそれと互い違いになっている。例えば、そのグリッドは、 第１の１つ置きの層における垂直方向に整列させたバイアと、第２の１つ置きの 層における垂直方向に整列させたバイアとを含んでいて、その第１の１つ置きの 層内のバイアが第２の１つ置きの層内のバイアと重なるようになっている。図５ に示したように、それら第１と第２の１つ置きの層は、その一方の１つ置きの層 が、他方の１つ置きの層よりも１つ多い垂直方向に整列させたバイア群を有する ようにできる。また、上記グリッドは、図４の面に直交する方向に延在させるこ ともできる。図４のこの隔離構造は、本質的には、図３Ａ及び図３Ｂの隔離強磁 性構造と同様、所要の隔離に依存した特定の寸法をもつ強磁性隔離領域を形成す る。この連結形グリッドは、プレーナ形表面あるいは非プレーナ形表面に沿って 配置することができる。

図３〜図５の各隔離構造は、基板の縁部においてシールドを設けたり、あるいは 多層構造の１部分内の回路をその多層構造の別の部分内の回路から隔離したりす るのに使用することができる。強磁性構造は、屈曲部あるいは湾曲部あるいはそ れら双方を設けて配置して、その多層構造内の回路を部分的にあるいは完全に囲 むようにすることができる。

次に、図６を参照すると、これには、垂直方向並びに横方向の隔離を提供するた めの強磁性隔離構造を概略的に示している。１列の強磁性バイア・コラム６３は 、第１と第２のプレーナ形強磁性層６７．６９の対応する端縁部の間に配置され ていて、その列は、図３Ｂの構造でのバイア柱列の１つと同様に配置された複数 のバイア・コラムを含む。強磁性層６７．６９は、関係する隔離層の上に適合性 のフェライト・インクをスクリーン印刷することにより形成する。応用例に依存 して、それら第１及び第２のプレーナ形強磁性層の間の隔離構造は、必要に応じ てそれらプレーナ形層の更に別の対応する縁部に沿って延在させるようにするこ ともできる。また、第１及び第２のブレーナ形強磁性層の間の隔離構造は、図３ Ａ及び図３Ｂに関連して上述した強磁性バイア・コラムの多数の列、あるいは、 図４に関連して上述した連結膨強磁性バイア・グリッドから成るように構成でき る。更に別の代替例として、図５に関して上述した強磁性線状バイア壁構造は、 上記の第１及び第２のブレーナ形強磁性層と共に利用するようにすることもでき る。

次に図７を参照すると、これには、ライン・インピーダンスを変化させるための 導電性トレース７１を囲む強磁性バイア・バンドを概略的に示している。この強 磁性バイア・バンドは、異なった横方向寸法をもつ複数の連結した強磁性バイア ７５ａ、７５ｂ、７５ｃで構成して、強磁性材料の隣接したバンドがその導電性 トレースを完全に囲むようになっている。より大きな電流を取り扱うためには、 並列の導体トレースを、共通の強磁性バンドあるいは別個の強磁性バンドと共に 使うことができる。バイア７５ａ、７５ｂ、７５ｃは、図７Ｂに示すように、異 なった径の円形バイア、あるいは、より大きな横方向寸法のバイア７５ａ、７５ ｂのための線状バイアとより小さな横方向寸法のバイア７５ｃのための円形バイ アとの組合せ、で構成することができる。線状バイアと円形バイアとを含むこの 構成においては、例えば、線状バイアの幅は、円形バイアの径とほぼ同じとする ことができる。

図８Ａ及び図８Ｂは、強磁性バンドの更に別の実施例を概略的に示しており、こ れは、異なった横方向寸法のバイアを含んでいて、その頂部と底部のバイア８１ ａは、これら頂部と底部バイア８１ａの横方向端の各コラム内に配置したバイア ８１ｂと比べ、より大きな横方向寸法を有している。図８Ｂに詳細に示した通り 、バイア８１ｂは、円形のバイアで構成でき、そして頂部と底部のバイア８１ａ は、線状バイアであって中間の円形バイアの径とほぼ同じ幅をもつもので構成で きる。

強磁性体の１つ以上のバンドはその応用、要件、電流、周波数、物性等に依存し て、特定のライン上で使用されることに留意すべきである。特定の応用の中には 、高周波雑音の除去、高調波の制御、放射の抑圧、波形整形が含まれる。

本発明に係る強磁性体バイア構造は、例えば、以下の文献、即ちＷ、　Ａ　ビト リオル他［低温コファイアド多層セラミック技術の発展」、１９８３　１Ｓ１（ Ｍ　Ｐｒｏｃｅｅｄｔｎｇｓ、ｐ、５９３−５９８；ＲＧ、ポンド他「低温コフ ァイアド・セラミック構造内に組み込まねた抵抗器の処理と信頼性」、１９８６ 　ＩＳＨＭ　Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ、ｐ、４６］−４７２；及び Ｈ，Ｔ　ソーヒル他「コファイアド抵抗器を持つ低温コファイアブル（Ｃｏｆｉ ｒｅａｂｌｅ）セラミックス」、１９８６　１ＳＨＭ　Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ 。

ｐ、２６８−２７１ に開示された低温コファイアド処理によって作られる。

低温コファイアド処理に従って、バイアは、所望の多層回路の所望のバイア形状 によって規定された位置に複数の未焼成（ｇｒｅｅｎ）薄膜テープ層において形 成される。バイアは、例えばスクリーン印刷により被覆され、又は適宜の充填材 料により充填される。次いで、ストリップライン導体及び埋め込まれた地板を含 む導電性トレースのための導体メタライゼーションが、個々のテープ層の上に例 えばスクリーン印刷によって蒸着され、受動コンポーネントを形成するための材 料はテープ層の上に蒸着される。テープ層は積層され、未焼成テープ層に含まれ る有機材料を追い出す所定長さの時間１２００’Ｃ以下（典型的には８５０゜Ｃ ）の温度で焼成されて堅いセラミック基板を形成する。次いで、下側の地板のメ タライゼーション及び側壁のメタライゼーションを含む外部メタライゼーション が公知の技術により付着される。

また、本発明に係る強磁性体バイア構造は、例えば、高温コファイアド・セラミ ックス、硬セラミック多層単一焼成技術、軟基板積層手法を含む一体化多層回路 構造を形成するための他の技術によって実現することもできる。

以上、一体化多層回路構造に有利に組み込まれ、一体化多層回路構造を形成する プロセスを利用して形成された強磁性体構造について開示した。

以上は、本発明の特定の実施例の記述と図解であり、当業者は、本発明の種々の 修正及び変更を、添付の特許請求の範囲によって規定された発明の範囲と精神か ら逸脱することなく行うことができよう。

Ｆ／Ｇ、／Ａ フロントページの続き （５１）　Ｉ旧、Ｃ１，６識別記号　庁内整理番号ＨＯ５Ｋ　９１００　Ｈ７１ ２８−４Ｅ（７２）発明者　スミス、ホール・ディーアメリカ合衆国カリフォル ニア用９０２７４゜ランチョ・パコス・ベルデス、サウス・トレイルライダーズ 　２８２７７ Ｆ丁 （７２）発明者　シャピーコ、アンドリューアメリカ合衆国カリフォルニア州９ ２６６９゜オレンジ、フリーフサイド・アベニュー５、５７４４

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．複数の絶縁層と、 前記絶縁層に形成され、強磁性材料を含む領域を規定する複数の強磁性バイアと 、 を具備し、前記絶縁層と前記強磁性バイアとによって一体化多層回路構造の一部 が形成される強磁性構造。
2. ２．前記複数の強磁性バイアが、複数のコラムの強磁性バイアを含む請求項１記 載の強磁性構造。
3. ３．前記複数の強磁性バイアが、連結された強磁性バイアのグリッドを含む請求 項１記載の強磁性構造。
4. ４．前記複数の強磁性バイアが、榎数の積層された強磁性の線状バイアを含む請 求項１記載の強磁性構造。
5. ５．前記複数の強磁性バイアが、前記絶縁層の間に配置された結合されたストリ ップラインの間の重なり領域に形成される請求項１記載の強磁性構造。
6. ６．前記複数の強磁性バイアが、第１の連結された強磁性バイアと第２の連結さ れた強磁性バイアとを含み、マイクロストリップ・インダクタンスの一部を部分 的に取り囲む請求項１記載の強磁性構造。
7. ７．前記複数の強磁性バイアが、導体の一部を取り囲む連結された強磁性バイア を含む請求項１記載の強磁性構造。