JPH0831646A - Ｍｃｍインダクター構造体 - Google Patents
Ｍｃｍインダクター構造体Info
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- JPH0831646A JPH0831646A JP7183426A JP18342695A JPH0831646A JP H0831646 A JPH0831646 A JP H0831646A JP 7183426 A JP7183426 A JP 7183426A JP 18342695 A JP18342695 A JP 18342695A JP H0831646 A JPH0831646 A JP H0831646A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F17/00—Fixed inductances of the signal type
- H01F17/0006—Printed inductances
-
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
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- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
- H01L2224/16—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
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-
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 インダクター構造体のコスト削減。
【構成】 シリコン基板、アルミナ基板またはサファイ
ヤ基板からなるＭＣＭ構造体において、複数の金属化層
を高分子誘電体層で分離し、最上層の金属化層に少なく
とも１つのインダクターを形成し、インダクター上にこ
れらインダクターのうちの一つに対するフェライトコア
を設け、フリップチップはんだボンディングによって固
定する。
ヤ基板からなるＭＣＭ構造体において、複数の金属化層
を高分子誘電体層で分離し、最上層の金属化層に少なく
とも１つのインダクターを形成し、インダクター上にこ
れらインダクターのうちの一つに対するフェライトコア
を設け、フリップチップはんだボンディングによって固
定する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はＭＣＭインダクター構造
体に関する。
体に関する。
【０００２】
【従来の技術】非常に小型で、かつ低コストの無線通信
回路やその他のＲＦ通信回路を構成する場合、費用効果
があり、しかも小型かつ高性能なインダクター部品を使
用する必要性がますます高くなってきている。
回路やその他のＲＦ通信回路を構成する場合、費用効果
があり、しかも小型かつ高性能なインダクター部品を使
用する必要性がますます高くなってきている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】表面実装可能なチップ
インダクターが最近利用されるようになってきたが、こ
のインダクターは面積が２ｍｍ×１．２５ｍｍ、インダ
クタンス値２０ｎＨ程度以下で、自己共振周波数が１〜
２Ｇｈｚ、そして品質ファクターが自己共振周波数の約
１／２の周波数で約８０でピークになる。抵抗を低く
し、かつ品質ファクターを高くするために、これらイン
ダクターはリソグラフィー技術により製作し、銅付着化
技術を利用している。これら部品の各コストは６０セン
トであるが、量産できるならコストは３０セントまで下
がるはずである。
インダクターが最近利用されるようになってきたが、こ
のインダクターは面積が２ｍｍ×１．２５ｍｍ、インダ
クタンス値２０ｎＨ程度以下で、自己共振周波数が１〜
２Ｇｈｚ、そして品質ファクターが自己共振周波数の約
１／２の周波数で約８０でピークになる。抵抗を低く
し、かつ品質ファクターを高くするために、これらイン
ダクターはリソグラフィー技術により製作し、銅付着化
技術を利用している。これら部品の各コストは６０セン
トであるが、量産できるならコストは３０セントまで下
がるはずである。
【０００４】ＭＣＭ−Ｄ薄膜積層基板構造体の表面金属
化層内に極めてコンパクトなインダクターを集積化する
ことも可能である。このインダクターは（単層か積層の
スパイラル構造体を使用する）１ｍｍ2のフットプリン
ト内で１〜１００ｎＨのインダクタンス値をもち、自己
共振周波数は２０ＧＨｚ〜５００ＭＨｚである。これら
ＭＣＭ−Ｄインダクターにおける品質ファクターは低周
波数におけるインダクター抵抗によって決まるものであ
るが、ピーク品質ファクターは使用する基板の性質及び
誘電体に関係する。アルミニウム−ポリイミドＭＣＭ−
Ｄ構造体にインダクターを形成した、高抵抗率シリコン
基板は、インダクターの性質やインダクタンス値にもよ
るが、品質ファクターは約５〜２０である。自己共振周
波数の４分の１ないし２分の１の周波数でピーク品質フ
ァクターが得られる。同じで系で、サファイヤやその他
の良誘電体に形成したＭＣＭ−Ｄインダクターは品質フ
ァクターが３０かそれ以下で、自己共振周波数の約２分
の１の周波数で品質ファクターがピークになる。このよ
うなＭＣＭ−Ｄの事実上のコストはＭＣＭ−Ｄ技術の単
位面積当たりのコストに直接関係する。現在、この技術
の場合ｍｍ2当たりのコストは約２０セントであるが、
量産ができるなら、ｍｍ2当たり約５セントまで下げる
ことができるはずである。
化層内に極めてコンパクトなインダクターを集積化する
ことも可能である。このインダクターは（単層か積層の
スパイラル構造体を使用する）１ｍｍ2のフットプリン
ト内で１〜１００ｎＨのインダクタンス値をもち、自己
共振周波数は２０ＧＨｚ〜５００ＭＨｚである。これら
ＭＣＭ−Ｄインダクターにおける品質ファクターは低周
波数におけるインダクター抵抗によって決まるものであ
るが、ピーク品質ファクターは使用する基板の性質及び
誘電体に関係する。アルミニウム−ポリイミドＭＣＭ−
Ｄ構造体にインダクターを形成した、高抵抗率シリコン
基板は、インダクターの性質やインダクタンス値にもよ
るが、品質ファクターは約５〜２０である。自己共振周
波数の４分の１ないし２分の１の周波数でピーク品質フ
ァクターが得られる。同じで系で、サファイヤやその他
の良誘電体に形成したＭＣＭ−Ｄインダクターは品質フ
ァクターが３０かそれ以下で、自己共振周波数の約２分
の１の周波数で品質ファクターがピークになる。このよ
うなＭＣＭ−Ｄの事実上のコストはＭＣＭ−Ｄ技術の単
位面積当たりのコストに直接関係する。現在、この技術
の場合ｍｍ2当たりのコストは約２０セントであるが、
量産ができるなら、ｍｍ2当たり約５セントまで下げる
ことができるはずである。
【０００５】ＭＣＭ−Ｃ（同時焼成又は後焼成セラミッ
ク）法やＭＣＭ−Ｌ（微細パターンのｐｃｂや積層体）
法を始めとする他のＭＣＭ技術でもインダクターを形成
することができる。これらのＭＣＭ技術の場合、一般に
サイズが大きく、膜厚も厚いが、同様な誘導部品を形成
することができる。
ク）法やＭＣＭ−Ｌ（微細パターンのｐｃｂや積層体）
法を始めとする他のＭＣＭ技術でもインダクターを形成
することができる。これらのＭＣＭ技術の場合、一般に
サイズが大きく、膜厚も厚いが、同様な誘導部品を形成
することができる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、ＭＣＭ−Ｄ基
板に極めて小形で、精度の高い高性能インダクター部品
を集積化した構造体を提供するものである。本発明のイ
ンダクターの場合、ＭＣＭ−Ｄ基板に、線形状、円弧状
や平面スパイラル状に（また、角形状、円形状や多角形
状に）低抵抗率金属化層を形成する。ＭＣＭ−Ｄ基板自
体は、シリコン、サファイヤやアルミナウエハに金属層
及び有機高分子誘電体層を積層したものである。抵抗率
が低いことから、通常は銅合金やアルミニウム合金を使
用し、誘電体中間層としてポリイミドやＢＣＢ、あるい
は熱安定性を示す低抵抗率のもの使用する。
板に極めて小形で、精度の高い高性能インダクター部品
を集積化した構造体を提供するものである。本発明のイ
ンダクターの場合、ＭＣＭ−Ｄ基板に、線形状、円弧状
や平面スパイラル状に（また、角形状、円形状や多角形
状に）低抵抗率金属化層を形成する。ＭＣＭ−Ｄ基板自
体は、シリコン、サファイヤやアルミナウエハに金属層
及び有機高分子誘電体層を積層したものである。抵抗率
が低いことから、通常は銅合金やアルミニウム合金を使
用し、誘電体中間層としてポリイミドやＢＣＢ、あるい
は熱安定性を示す低抵抗率のもの使用する。
【０００７】通常、金属化層はグランドプレーン、電源
プレーン（即ち、電力分配層）、そして少なくとも１つ
の信号配線層として使用する。上記基板には抵抗器、コ
ンデンサーやインダクターを始めとする集積薄膜受動部
品を集積配置することができる。集積インダクター部品
は通常は、上層である信号配線金属化層に設ける。イン
ダクター形状は線形、円弧形や平面スパイラル形であれ
ばよい。そして、グランドプレーン層や電源プレーン層
は一部を除去すると、接地に対する浮遊キャパシタンス
を最小限に抑えことができ（即ち、自己共振周波数を最
大化でき）、また実効インダクタンス値をかなり低くす
る傾向がある仮想インダクタンスタームを排除すること
ができる。リソグラフィー技術を金属化層をパターニン
グするために使用すると、これら集積インダクターのイ
ンダクタンス値の精度を確実に高くできる。インダクタ
ー構造は単層でもよく、積層でもよいが、後者の場合に
は、所定領域のインダクタンスが高くなる。
プレーン（即ち、電力分配層）、そして少なくとも１つ
の信号配線層として使用する。上記基板には抵抗器、コ
ンデンサーやインダクターを始めとする集積薄膜受動部
品を集積配置することができる。集積インダクター部品
は通常は、上層である信号配線金属化層に設ける。イン
ダクター形状は線形、円弧形や平面スパイラル形であれ
ばよい。そして、グランドプレーン層や電源プレーン層
は一部を除去すると、接地に対する浮遊キャパシタンス
を最小限に抑えことができ（即ち、自己共振周波数を最
大化でき）、また実効インダクタンス値をかなり低くす
る傾向がある仮想インダクタンスタームを排除すること
ができる。リソグラフィー技術を金属化層をパターニン
グするために使用すると、これら集積インダクターのイ
ンダクタンス値の精度を確実に高くできる。インダクタ
ー構造は単層でもよく、積層でもよいが、後者の場合に
は、所定領域のインダクタンスが高くなる。
【０００８】
【作用及び実施例】本発明では、小さなフェライトチッ
プを基板上のインダクター領域にフリップチップはんだ
ボンディングして、インダクター構造体の局部的なフェ
リ磁性コアを形成する。このコアを使用すると、所定の
インダクター設計の場合に、インダクタンス値が大きく
なるか、あるいはより高いインダクター品質ファクター
が特定周波数において所定のインダクタンス値で実現で
きる。このフェライトコアＭＣＭ−Ｄインダクターの構
造を図１に示す。
プを基板上のインダクター領域にフリップチップはんだ
ボンディングして、インダクター構造体の局部的なフェ
リ磁性コアを形成する。このコアを使用すると、所定の
インダクター設計の場合に、インダクタンス値が大きく
なるか、あるいはより高いインダクター品質ファクター
が特定周波数において所定のインダクタンス値で実現で
きる。このフェライトコアＭＣＭ−Ｄインダクターの構
造を図１に示す。
【０００９】インダクターコアのフェライト材料につい
ては、インダクターの用途、特にインダクターの使用周
波数に応じて選択すればよい。このような材料は、例え
ば、Ｍａｒｃｅｌ Ｄｅｋｋｅｒ社が刊行したＲ．Ｃ．
Ｂｕｃｈａｎａｎ編著による“エレクトニクス用セラミ
ック材料”、第４章に記載されている。インダクターコ
ア用途には、ニッケル亜鉛フェライトやマンガン亜鉛フ
ェライトを選択すればよく、この場合、透磁率は約１０
から１，０００以上であり、また動作周波数は約５００
Ｍｈｚ以下である。一般的に、透磁率の低い材料は、温
度変動による安定性が高く、周波数動作範囲が広い。
ては、インダクターの用途、特にインダクターの使用周
波数に応じて選択すればよい。このような材料は、例え
ば、Ｍａｒｃｅｌ Ｄｅｋｋｅｒ社が刊行したＲ．Ｃ．
Ｂｕｃｈａｎａｎ編著による“エレクトニクス用セラミ
ック材料”、第４章に記載されている。インダクターコ
ア用途には、ニッケル亜鉛フェライトやマンガン亜鉛フ
ェライトを選択すればよく、この場合、透磁率は約１０
から１，０００以上であり、また動作周波数は約５００
Ｍｈｚ以下である。一般的に、透磁率の低い材料は、温
度変動による安定性が高く、周波数動作範囲が広い。
【００１０】ＭＣＭ−Ｄインダクター構造体にフェライ
トコアを設ける場合にフリップチップはんだボンディン
グ法を用いると、多くの利点が得られる。フリップチッ
プボンディング構造体はボンディング形状精度が高く、
またセルフアラインメント効果もあるので、インダクタ
ー構造体の横軸・縦軸のいずれに対しても常に一定して
フェライトチップを実装することができる。従って、フ
リップチップフェライトコアの実装によるインダクタン
ス値の増加も常に一定であり、精度も高い。さらに、Ｍ
ＣＭ−Ｄインダクターそれ自体から（フリップチップは
んだボンディング高さに相当する、例えば、１０〜１０
０μの距離だけ）制御した状態でフェライトコアをひき
離すと、インダクターの特性に最小の浮遊キャパシタン
スという特性を付加でき、また実効ある磁気結合を実現
できる。
トコアを設ける場合にフリップチップはんだボンディン
グ法を用いると、多くの利点が得られる。フリップチッ
プボンディング構造体はボンディング形状精度が高く、
またセルフアラインメント効果もあるので、インダクタ
ー構造体の横軸・縦軸のいずれに対しても常に一定して
フェライトチップを実装することができる。従って、フ
リップチップフェライトコアの実装によるインダクタン
ス値の増加も常に一定であり、精度も高い。さらに、Ｍ
ＣＭ−Ｄインダクターそれ自体から（フリップチップは
んだボンディング高さに相当する、例えば、１０〜１０
０μの距離だけ）制御した状態でフェライトコアをひき
離すと、インダクターの特性に最小の浮遊キャパシタン
スという特性を付加でき、また実効ある磁気結合を実現
できる。
【００１１】必要ならば、ＭＣＭ−Ｄインダクターの全
領域をカバーするように、フェライトチップの横寸法を
選択することができ、またフェライトチップの厚さにつ
いては、例えば、隣接シリコンＩＣの厚さに（例えば、
０．５ｍｍ）等しくなるように、ＭＣＭ−Ｄ基板の他の
部品の高さに一致させて、選択してもよい。既存のはん
だボンディング構造体や材料を使用することができる。
例えば、Ｃｒ−Ｃｕ−Ａｕ系のはんだ可能な金属化層や
９５Ｐｂ−５Ｓｎ（重量％）はんだ組成物を用いて、１
０〜１２５μｍのはんだボンディングの横寸法を実現で
きる。
領域をカバーするように、フェライトチップの横寸法を
選択することができ、またフェライトチップの厚さにつ
いては、例えば、隣接シリコンＩＣの厚さに（例えば、
０．５ｍｍ）等しくなるように、ＭＣＭ−Ｄ基板の他の
部品の高さに一致させて、選択してもよい。既存のはん
だボンディング構造体や材料を使用することができる。
例えば、Ｃｒ−Ｃｕ−Ａｕ系のはんだ可能な金属化層や
９５Ｐｂ−５Ｓｎ（重量％）はんだ組成物を用いて、１
０〜１２５μｍのはんだボンディングの横寸法を実現で
きる。
【００１２】フリップチップフェライトコアの考えを利
用して、所定のＭＣＭ−Ｄインダクター形状で実現でき
るインダクタンス値の範囲を拡大することもできる。１
０倍の倍率を想定した場合、例えば、６０μのスパイラ
ルピッチで７ターン構造については、ほぼ２５ｎＨのイ
ンダクタンスを与え、８５０ＭＨｚで品質ファクターが
９の代表的な角形スパイラルＭＣＭ−Ｄインダクターは
２５０ｎＨのインダクターになり、より低い周波数でも
使用できる。８５０Ｍｈｚで適当な特性をもつフェライ
ト材料の場合、７ターンの２５ｎＨインダクターを２タ
ーンインダクターに置き換えることができる。このイン
ダクターは、直列抵抗が非常に低いため、品質ファクタ
ーが高くなる。
用して、所定のＭＣＭ−Ｄインダクター形状で実現でき
るインダクタンス値の範囲を拡大することもできる。１
０倍の倍率を想定した場合、例えば、６０μのスパイラ
ルピッチで７ターン構造については、ほぼ２５ｎＨのイ
ンダクタンスを与え、８５０ＭＨｚで品質ファクターが
９の代表的な角形スパイラルＭＣＭ−Ｄインダクターは
２５０ｎＨのインダクターになり、より低い周波数でも
使用できる。８５０Ｍｈｚで適当な特性をもつフェライ
ト材料の場合、７ターンの２５ｎＨインダクターを２タ
ーンインダクターに置き換えることができる。このイン
ダクターは、直列抵抗が非常に低いため、品質ファクタ
ーが高くなる。
【００１３】
【発明の効果】このフリップチップフェライトコアの考
えは、磁気結合効果を、例えば、変圧器、結合器や計算
器に利用することができる上記以外のＭＣＭ−Ｄやフェ
ライト構造体にも適用することができる。
えは、磁気結合効果を、例えば、変圧器、結合器や計算
器に利用することができる上記以外のＭＣＭ−Ｄやフェ
ライト構造体にも適用することができる。
【図１】フリップチップボンディングしたフェライトコ
アＭＣＭ−Ｄスパイラルインダクターの構造を示す断面
図である。
アＭＣＭ−Ｄスパイラルインダクターの構造を示す断面
図である。
Claims (7)
- 【請求項１】 インダクター領域上にフェライトチップ
コアを設けたＭＣＭインダクター構造体。 - 【請求項２】 フリップチップはんだボンディング法に
よってインダクター領域上にフェライトチップコアを設
けたＭＣＭインダクター構造体。 - 【請求項３】 使用するＭＣＭ法がＭＣＭ−Ｄ、ＭＣＭ
−ＣかＭＣＭ−Ｌのいずれかである請求項１に記載のイ
ンダクター構造体。 - 【請求項４】 フェライト材料がニッケル亜鉛フェライ
トかマンガン亜鉛フェライトである請求項１〜３のいず
れかに記載のインダクター構造体。 - 【請求項５】 フリップチップはんだ可能な金属化材料
がＣｒ−Ｃｕ−Ａｕで、はんだが９６Ｐｂ−５Ｓｎ（重
量％）である請求項２に記載のインダクター構造体。 - 【請求項６】 積層インダクター構造体を使用し、イン
ダクター各層をポリイミドなどの適当な中間層誘電体で
分離し、必要に応じ、中間層ビアによって配線した請求
項１〜５のいずれかに記載のインダクター構造体。 - 【請求項７】 添付図面について実質的に説明したイン
ダクター構造体。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB9413145.5 | 1994-06-30 | ||
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