JPH08204139A - 可変インダクタンス素子 - Google Patents

可変インダクタンス素子

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JPH08204139A
JPH08204139A JP7025932A JP2593295A JPH08204139A JP H08204139 A JPH08204139 A JP H08204139A JP 7025932 A JP7025932 A JP 7025932A JP 2593295 A JP2593295 A JP 2593295A JP H08204139 A JPH08204139 A JP H08204139A
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JP
Japan
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coil
substrate
inductance element
electrode
variable inductance
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JP7025932A
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Hiroshi Kawai
浩史 川合
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 可変インダクタンス素子において、外部から
の操作によってインダクタンスLを容易に調整でき、小
型化によりモノリシック化も可能となる。 【構成】 基板2上にコイル3と固定電極5,5を形成
し、この固定電極5とコイル3と対向するように梁電極
7を形成する。そして、梁電極7と固定電極5との間に
は直流電源Eを接続し、この電圧によって梁電極7とコ
イル3との離間距離を変化させる。この結果、コイル3
からの磁界による磁束密度を高くし、インダクタンスL
を増加させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば周波数可変フィ
ルタ、周波数可変発振器用の可変インダクタンス素子に
関し、特に周波数が数百Hz から数GHz 帯域に用いて
好適な可変インダクタンス素子に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、可変インダクタンス素子とし
て、例えば1985年発行の雑誌『電子技術』(Vol.27
No.15 第93〜95頁)に、高密度実装を必要とす
るハイブリッドICに適用するコイル部品として、面実
装できる小型、薄膜のものが掲載されている。このコイ
ルは、巻線が巻回されたドラムコアと端子プレートから
なる本体を熱硬化性樹脂でインサート成形し、前記ドラ
ムコアに付加したねじコアをドラムコア内に差し込むこ
とによって、コイル内に入るねじコアの長さを変えてイ
ンダクタンスを可変するものである。
【0003】また、他にも同じく1985年発行の雑誌
『電子技術』(Vol.27 No.13 第133頁)にも超薄
型のチップ型の高周波可変コイルが記載されている。
【0004】これらのコイル(可変インダクタンス素
子)は他のチップ部品と同様に、基板上に回路部品とし
て高密度実装を行い、小型化,省力化を図ることができ
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術による可変インダクタンス素子においては、個別
の回路部品またはハイブリッドIC用のチップ部品とし
て用いられるものの、これらの可変インダクタンス素子
の一辺のサイズは数mmであり、作成プロセスからもモ
ノリシックICへの適用は不可能である。
【0006】また、モノリシックIC用のインダクタン
ス素子としては薄膜状のコイルを利用しているのが実状
であるが、このコイルではインダクタンスLを可変にす
ることができないという問題がある。
【0007】本発明は上述した従来技術の問題に鑑みな
されたもので、本発明はモノリシックIC化できる可変
インダクタンス素子を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、請求項1の発明による可変インダクタンス素子
は、基板と、該基板上に形成されたコイルと、前記基板
上に形成され、該コイルと離間した固定電極と、該固定
電極と対向するように設けられ、該固定電極との間に直
流電圧を印加することにより離間距離を変化させる梁電
極とから構成したことにある。
【0009】請求項2の発明では、前記コイルと対向す
る梁電極の位置に磁路形成部材を設けたことにある。
【0010】請求項3の発明では、前記梁電極は透磁率
の高い材料によって形成したことにある。
【0011】請求項4の発明では、前記基板はシリコン
またはガリウム砒素によって形成したことにある。
【0012】
【作用】請求項1の発明のように構成することにより、
コイルから発生する磁界の磁束密度を梁電極によって規
制することができ、固定電極と梁電極間に直流電圧を印
加し、各電極間の静電力によって離間距離が短くなった
ときにはコイルによるインダクタンスを増加させること
ができる。
【0013】請求項2の発明のように、コイルに対向す
る梁電極の位置に磁路形成部材を設けることにより、コ
イルのインダクタンスの変化を高めることができる。
【0014】請求項3の発明のように、梁電極を透磁率
の高い材料で形成することにより、コイルから発生する
磁界をコイルと梁電極との間に形成することができ、各
電極間の離間距離を変化させることにより、インダクタ
ンスを可変にできる。
【0015】請求項4の発明のように、基板をシリコン
またはガリウム砒素によって形成することにより、該基
板をそのままモノリシック化ICとして形成することが
できる。
【0016】
【実施例】以下、本発明の実施例を図1ないし図16に
基づき説明する。
【0017】まず、図1および図2に本実施例による可
変インダクタンス素子を示す。
【0018】図中、1は本実施例による可変インダクタ
ンス素子を示し、該可変インダクタンス素子1は後述す
る基板2と、該基板2上に形成されたコイル3と、前記
基板2上に形成され、該コイル3と離間した固定電極
5,5と、該各固定電極5と対向するように設けられた
梁電極7とから大略構成されている。
【0019】2は高抵抗なシリコン材料によって長方形
状に形成された基板を示し、該基板2の表面には熱酸化
処理を施すことによって、例えば、膜厚約1μmの酸化
膜(SiO2 )からなる絶縁膜2Aが形成されている。
【0020】3はコイルを示し、該コイル3は前記基板
2の長手方向中央部に位置して導電性が良く、透磁率の
高いニッケル材によって薄膜状(膜厚は約0.2μm)
に形成され、該コイル3は3重に離間しつつ渦巻状に巻
かれたコイル部3Aと、該コイル部3Aと同時に形成さ
れ、該コイル部3Aの外側から外部に導出するコイル用
端子部3Bと、前記コイル部3Aとは別個に形成され、
該コイル部3Aの中心部から外部に導出するコイル用端
子部3Cとからなる。また、該コイル用端子部3Cとコ
イル部3Aとが交差する部分には膜厚が約0.2μmの
窒化膜(SiN)による絶縁層4が形成され、該絶縁層
4によってコイル用端子部3Cの先端とコイル部3Aの
中央部のみが接続されている。
【0021】5,5は固定電極を示し、該各固定電極5
は前記基板2の長手方向でコイル3の両側に離間して位
置し、ニッケル材によって薄膜状(膜厚は約0.2μ
m)に形成されている。また、該各固定電極5は固定電
極用端子部5Aによって接続され、該固定電極用端子部
5Aと梁電極7の後述する梁電極用端子部7Cとの間に
は可変可能な直流電源Eが接続されている。
【0022】6は保護膜を示し、該保護膜6は窒化膜
(SiN)による保護膜を示し、該保護膜6はコイル3
のコイル部3A、各固定電極5をモールドすることによ
り、該コイル部3A、各固定電極5の保護を図るように
なっている。
【0023】7は梁電極を示し、該梁電極7は各固定電
極5と対向するように、前記基板2上にニッケル材によ
って台形状に形成され、該梁電極7は両端が基板2に固
定された脚部7A,7Aと、該各脚部7A間に位置して
前記基板2(各固定電極5、コイル部3A)と平行に位
置した変位部7Bと、前記脚部7Aの一方からは外部に
導出する梁電極用端子部7Cが形成されている。また、
梁電極7の変位部7Bと固定電極5およびコイル3とは
厚さ方向に離間距離dを有している。
【0024】8は磁路形成部材としてのフェライトコア
を示し、該フェライトコア8は前記梁電極7の変位部7
B上のコイル部3Aに対向する位置に該コイル部3Aよ
りも大きい面積で形成されている。
【0025】本実施例の可変インダクタンス素子1は上
述した如くに構成されるが、次に、図3ないし図16に
その製造方法について説明する。
【0026】まず、絶縁膜形成工程では、図3に示すよ
うに、高抵抗なシリコン材料による基板2上に熱酸化処
理を施すことによって酸化膜(SiO2 )の絶縁膜2A
を形成する。
【0027】次に、コイルおよび固定電極形成工程で
は、図4および図5に示すように、蒸着技術、フォトリ
ソグラフィ技術およびウエットエッチング技術(硝酸:
酢酸:アセトン=1:1:1)によりコイル3のコイル
部3Aとコイル用端子部3Bおよび固定電極5,5をニ
ッケル材によって形成する。このとき、図5に示す如
く、コイル3のうちコイル部3Aとコイル部用端子部3
B、固定電極5,5と固定電極用端子部5Aが同時に形
成され、コイル3のうちコイル用端子部3Cは同時には
形成されていない。
【0028】また、絶縁膜形成工程では、図6および図
7に示すように、プラズマCVD技術、フォトリソグラ
フィ技術およびRIE技術によって窒化膜(SiN)に
よる絶縁膜4を形成する。このとき、図7に示す如く、
該絶縁層4はコイル部3Aの中心から偏心した片側のみ
を覆うように着膜形成されている。
【0029】さらに、コイル用端子部形成工程では、図
8および図9に示すように、蒸着技術、フォトリソグラ
フィ技術およびウエットエッチング技術(硝酸:酢酸:
アセトン=1:1:1)によりコイル3のコイル用端子
部3Cを形成する。このとき、図9に示す如く、前記絶
縁層4によってコイル用端子部3Cの先端とコイル部3
Aの中央部のみが電気的に接続され、他の部分では接続
されないようになっている。これにより、コイル用端子
3B,3Cの先端はコイル部3Aを通る直列接続とな
る。
【0030】また、保護膜形成工程では、図10および
図11に示すように、プラズマCVD技術、フォトリソ
グラフィ技術およびRIE技術により窒化膜(SiN)
による保護膜6を形成する。このとき、図11に示す如
く、該保護膜6はコイル3のコイル部3Aと各固定電極
5を覆い、コイル用端子部3B,3Cと固定電極用端子
部5Aは当該保護膜6によっては覆われないようになっ
ている。
【0031】さらに、犠牲層形成工程では、図12およ
び図13に示すように、LPCVD技術によって前記保
護膜6を覆うようにPSGによる犠牲層9を膜厚約2μ
mに形成する。
【0032】次に、梁電極形成工程では、図14に示す
ように、蒸着技術、フォトリソグラフィ技術およびウエ
ットエッチング技術(硝酸:酢酸:アセトン=1:1:
1)により梁電極7を基板2上に形成する。
【0033】さらに、コア形成工程では、図15に示す
ように、スパッタ技術、フォトリソグラフィ技術および
RIE技術により、膜厚約0.5μmをもった矩形状の
フェライトコア8(0.5μm)を梁電極7の変位部7
Bに形成する。
【0034】そして、最後に、犠牲層除去工程では、図
16に示すように、梁電極7によって覆われている犠牲
層9をウェットエッチング技術(HF:H2 O=1:5
0)を用いて、該梁電極7の側面から染み込ませ該犠牲
層9を除去し、梁電極7の変位部7Bと固定電極5およ
びコイル3との間に離間距離dを確保する。
【0035】このように構成される可変インダクタンス
素子1においては、コイル3のコイル用端子部3B,3
Cは実装する回路の途中に接続され、コイルとして交流
電圧が印加され、固定電極5の固定電極用端子部5Aと
梁電極7の梁電極用端子7Cとの間には直流電源Eが接
続されている。
【0036】これにより、直流電源Eによる直流電圧が
印加されていない状態では、梁電極7と各固定電極5と
の間には静電力が作用していないから、その離間距離は
dとなり、例えば各コイル用端子部3B,3Cからのイ
ンダクタンスLは、例えば数10nHとなる。
【0037】また、直流電源Eによって直流電圧を印加
した場合には、梁電極7と各固定電極5との間には引合
う静電力が発生し、変位部7Bが各固定電極5(基板
2)側に接近して離間距離dを近づけることができる。
これにより、コイル3で発生する磁界は近づいたフェラ
イトコア8によって磁束密度が高められ、インダクタン
スLを11nHとすることができ、直流電圧の印加によ
ってインダクタンスLを数10%高めることができる。
【0038】この結果、インダクタンスLを小さい範囲
で調整することができ、使用できる周波数を数百Hz か
ら数GHz 帯域の高周波帯域とすることができる。
【0039】従って、本実施例による可変インダクタン
ス素子1は、外部からの直流電圧の調整によりフェライ
トコア8を有する梁電極7を歪ませて、コイル部3Aに
よって発生する磁界の磁束密度をフェライトコア8の位
置によって調整し、離間距離dが近づいたときには磁束
密度を高め、当該可変インダクタンス素子1によるイン
ダクタンスLを増加させることができる。
【0040】また、本実施例では、シリコン材料による
基板2上に半導体の製造方法であるマイクロマシニング
技術によって可変インダクタンス素子1を製造するよう
にしたから、基板2の辺の長さを例えば400×200
μm程度に形成することができ、ICチップ等に実装で
きるモノリシック用ICのインダクタンス素子として使
用することができ、しかも前述した如く、外部から印加
される直流電圧によってインダクタンスLを調整するこ
とができる。
【0041】さらに、本実施例では、基板2上に可変イ
ンダクタンス素子1のみを製造方法について述べたが、
基板2にシリコン材料を用いることにより、可変インダ
クタンス素子1以外の部分に他の半導体製造を行うこと
もでき、モノリシックIC化を容易に行うことができ
る。
【0042】なお、前記実施例では、基板2にシリコン
材料を用いた場合について述べたが、本発明はこれに限
らず、基板2に半導体材料となるガリウム砒素(Ga−
As)を用いてもよい。
【0043】また、前記実施例では、梁電極7の変位部
7Bにフェライトコア8を設けるようにしたが、コアに
永久磁石を用いてもよく、また該フェライトコア8は必
ずしも必要なく、省略してもよい。
【0044】さらに、梁電極7は導電性がよく透磁率の
高い材料としてニッケルを用いる場合を例示したが、導
電性材料であって、各固定電極5と梁電極7との離間距
離dの変位によってインダクタンスLが変化するだけの
高い透磁率を有する例えば鉄(Fe)、コバルト(C
o)等を用いてもよい。
【0045】
【発明の効果】以上詳述した如く、請求項1の本発明に
よれば、コイルから発生する磁界の磁束密度を梁電極に
よって規制することができ、固定電極と梁電極間に直流
電圧を印加し、各電極間の静電力によって離間距離を調
整することにより、距離が短くなったときにはコイルか
ら発生する磁界による磁束密度を高め、インダクタンス
を増加させることができる。そして、外部からの直流電
圧の調整によってインダクタンスを適宜調整することが
できる。
【0046】請求項2の発明のように、コイルに対向す
る梁電極の位置に磁路形成部材を設けることにより、該
磁路形成部材から外側に漏れる磁界は殆どなくなり、梁
電極と固定電極との離間距離の変化によるインダクタン
スの変化量をより高めることができる。
【0047】請求項3の発明のように、梁電極を透磁率
の高い材料で形成することにより、コイルから発生する
磁界をコイルと梁電極との間に形成することができ、各
電極間の離間距離を変化させることにより、インダクタ
ンスを可変することができる。
【0048】請求項4の発明のように、基板をシリコン
またはガリウム砒素によって形成することにより、当該
可変インダクタンス素子を半導体の製造技術(マイクロ
マシニング技術)を用いて形成することができ、小型化
を図ることができる。従って、前記基板にICを形成で
き、可変インダクタンス素子を有するモノリシック化I
Cを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例による可変インダクタンス素子
を一部破断にして示す平面図である。
【図2】図1中の矢示II−II方向からみた縦断面図であ
る。
【図3】可変インダクタンス素子の製造方法による絶縁
膜形成工程を示す縦断面図である。
【図4】絶縁膜形成工程に続く、コイルおよび固定電極
形成工程を示す縦断面図である。
【図5】図4を上側からみた平面図である。
【図6】コイルおよび固定電極形成工程に続く、絶縁膜
形成工程を示す縦断面図である。
【図7】図6を上側からみた平面図である。
【図8】絶縁膜形成工程に続く、コイル用端子部形成工
程を示す縦断面図である。
【図9】図8を上側からみた平面図である。
【図10】コイル用端子部形成工程に続く、保護膜形成
工程を示す縦断面図である。
【図11】図10を上側からみた平面図である。
【図12】保護膜形成工程に続く、犠牲層形成工程を示
す縦断面図である。
【図13】図12を上側からみた平面図である。
【図14】犠牲層形成工程に続く、梁電極形成工程を示
す縦断面図である。
【図15】梁電極形成工程に続く、コア形成工程を示す
平面図である。
【図16】コア形成工程に続く、犠牲層除去工程を示す
縦断面図である。
【符号の説明】
1 可変インダクタンス素子 2 基板 3 コイル 3A コイル部 3B,3C コイル用端子部 4 絶縁層 5 固定電極 6 保護膜 7 梁電極 8 フェライトコア(磁路形成部材) d 離間距離 L インダクタンス

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板と、該基板上に形成されたコイル
    と、前記基板上に形成され、該コイルと離間した固定電
    極と、該固定電極と対向するように設けられ、該固定電
    極との間に直流電圧を印加することにより離間距離を変
    化させる梁電極とから構成してなる可変インダクタンス
    素子。
  2. 【請求項2】 前記コイルと対向する梁電極の位置に磁
    路形成部材を設けてなる請求項1記載の可変インダクタ
    ンス素子。
  3. 【請求項3】 前記梁電極は透磁率の高い材料によって
    形成してなる請求項1または2記載の可変インダクタン
    ス素子。
  4. 【請求項4】 前記基板はシリコンまたはガリウム砒素
    によって形成してなる請求項1,2または3記載の可変
    インダクタンス素子。
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