JP2006108323A - Inductance element and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、無線通信システムにおける高周波回路に適用可能なインダクタンス素子に関するものである。 The present invention relates to an inductance element applicable to a high frequency circuit in a wireless communication system.
近年、情報通信の果たす役割は極めて大きく、無線通信システムに対する需要は急速に高まってきている。こうした状況の中で、携帯電話やコードレス電話では、低消費電力、高性能化は言うまでもなく、小型かつ低価格であることが強く要求されている。 In recent years, information communication plays an extremely important role, and the demand for wireless communication systems is rapidly increasing. Under such circumstances, mobile phones and cordless phones are strongly required to be small and low price, not to mention low power consumption and high performance.
携帯電話等の高周波回路に必要な回路素子として、トランジスタ等の能動素子と、容量、抵抗素子及びインダクタンス素子等の受動素子とがある。能動素子及び受動素子を同一の半導体基板上に形成してモノリシックマイクロ波集積回路(MMICと称する)を形成する技術として、例えば、特許文献1に記載の混成半導体集積回路がある。この混成半導体集積回路においては、インダクタンス素子として高Qのスパイラルインダクタがセラミック等の半導体基板上に印刷技術等により形成されている。
Circuit elements necessary for a high-frequency circuit such as a cellular phone include active elements such as transistors and passive elements such as capacitors, resistance elements, and inductance elements. As a technique for forming a monolithic microwave integrated circuit (referred to as MMIC) by forming active elements and passive elements on the same semiconductor substrate, for example, there is a hybrid semiconductor integrated circuit described in
図8は、特許文献1に記載の混成半導体集積回路におけるスパイラルインダクタの構成を示す図である。図8に示すように、スパイラルインダクタは、外側配線61と、スパイラル配線62と、中心部分のスパイラル配線62を外側配線61と接続するための引き出し配線63とから構成される。
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a spiral inductor in the hybrid semiconductor integrated circuit described in
図9は、スパイラルインダクタの等価回路である。等価回路は、配線間容量41と、配線の対地容量42、43と、配線抵抗44と、スパイラル配線62によるインダクタンス45とから構成される。
しかしながら、特許文献1に記載の混成半導体集積回路のスパイラルインダクタは、印刷技術等によりセラミック等の半導体基板上に配線形成を行う。印刷技術では、5ミクロン以上の膜厚の配線を形成することが困難であり、そのため単位配線幅当たりの抵抗値の低減が困難となって配線抵抗44が大きくなるという問題がある。また、75ミクロン以下の配線幅で精度良く配線パターンを形成すること、及び75ミクロン以下の配線間間隔で精度良くパターンを形成することが困難であり、インダクタンス素子の小型化が困難であるという問題もある。さらにまた、配線と基板との接触面積が大きくなり、配線の対地容量42、43が大きいという問題もある。また、配線幅は例えば100ミクロン以上と大きくなり、大きな配線容量が発生するという問題もある。
However, the spiral inductor of the hybrid semiconductor integrated circuit described in
また、スパイラル配線62と引き出し配線63との接触を防ぐために、スパイラル配線62と引き出し配線63とは異なる配線層に形成される。そのため、スパイラル配線62と引き出し配線63との交差部分に配線間容量が発生し、配線間容量41が大きくなるという問題がある。
Further, in order to prevent contact between the
すなわち、従来のインダクタンス素子では、配線抵抗及び浮遊容量が大きく、かつ小型化が困難であるという問題がある。 That is, the conventional inductance element has a problem that wiring resistance and stray capacitance are large and it is difficult to reduce the size.
そこで、本発明は、かかる問題点に鑑み、配線抵抗及び浮遊容量が小さく、かつ小型のインダクタンス素子を提供することを目的とする。すなわち、小型かつ特性の良好なインダクタンス素子を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a small inductance element having a small wiring resistance and stray capacitance. That is, an object of the present invention is to provide an inductance element that is small and has good characteristics.
上記課題を解決するために、本発明のインダクタンス素子は、接続された複数の金属ワイヤーを備えることを特徴とする。ここで、前記インダクタンス素子は、さらに、前記金属ワイヤーが配置される基板上に配置される、金属で形成された領域である金属ランドを備え、前記複数の金属ワイヤーは、前記金属ランドを介して接続されてもよいし、前記複数の金属ワイヤーは、スパイラル状に接続されてもよいし、前記複数の金属ワイヤーは、縦巻き状に接続されてもよい。 In order to solve the above problems, the inductance element of the present invention is characterized by including a plurality of connected metal wires. Here, the inductance element further includes a metal land, which is a region formed of metal, disposed on a substrate on which the metal wire is disposed, and the plurality of metal wires are interposed via the metal land. The plurality of metal wires may be connected in a spiral shape, or the plurality of metal wires may be connected in a vertical winding shape.
これによって、配線幅及び配線間隔が製造上の制限を受けなくなり、かつインダクタンス素子を形成する配線の単位幅当たりの抵抗が低くなる。そのため、図9のインダクタの等価回路での抵抗44が小さくなるので、小型、かつ配線抵抗が小さなインダクタンス素子を実現することができる。また、インダクタンス素子を形成する配線の容量が小さくなるので、浮遊容量が小さなインダクタンス素子を実現することができる。さらに、容易にインダクタンス値を変更することができるので、高い設計自由度を有するインダクタンス素子を実現することができる。
As a result, the wiring width and the wiring interval are not subject to manufacturing restrictions, and the resistance per unit width of the wiring forming the inductance element is lowered. For this reason, the
ここで、前記金属ワイヤーは、両端部が基板に接続し、中間部が前記基板から浮いた状態で、前記基板に配置されてもよい。 Here, the said metal wire may be arrange | positioned at the said board | substrate in the state which both ends connected to the board | substrate and the intermediate part floated from the said board | substrate.
これによって、対地容量及び配線間容量が小さくなり、図9のインダクタの等価回路での容量41、42、43が小さくなるので、更に浮遊容量が小さなインダクタンス素子を実現することができる。
As a result, the capacitance to ground and the capacitance between wirings are reduced, and the
また、前記基板上には、絶縁層が形成され、前記金属ランドは、前記絶縁層上に配置されてもよい。 In addition, an insulating layer may be formed on the substrate, and the metal land may be disposed on the insulating layer.
これによって、金属ワイヤーが形成される基板として半導体基板を用い、半導体プロセスによって金属ランドを形成することができるので、金属ランドの幅や金属ランド間のギャップの精度を向上させ、更に小型のインダクタンス素子を実現することができる。また、インダクタンス素子が形成される基板上に、予めキャパシタや抵抗等の回路素子を形成しておくことができるので、他の回路素子との集積化が容易なインダクタンス素子を実現することができる。 As a result, a semiconductor substrate can be used as a substrate on which metal wires are formed, and metal lands can be formed by a semiconductor process, so that the accuracy of the width of the metal lands and the gap between the metal lands can be improved. Can be realized. Further, since circuit elements such as capacitors and resistors can be formed in advance on the substrate on which the inductance element is formed, an inductance element that can be easily integrated with other circuit elements can be realized.
また、前記インダクタンス素子は、さらに、前記金属ワイヤーが配置される基板上に形成された絶縁層上に配置される金属配線を備え、前記金属ワイヤーは、前記金属配線を介して接続されてもよい。 The inductance element may further include a metal wiring disposed on an insulating layer formed on a substrate on which the metal wire is disposed, and the metal wire may be connected via the metal wiring. .
これによって、複数の金属ワイヤーをスパイラル配線と並列に接続し、インダクタンス素子を形成する配線の直列抵抗を小さくすることができるので、配線抵抗が小さく、かつ小型のインダクタンス素子を実現することができる。 As a result, a plurality of metal wires are connected in parallel with the spiral wiring, and the series resistance of the wiring forming the inductance element can be reduced, so that a small inductance element with low wiring resistance can be realized.
また、前記インダクタンス素子は、さらに、前記金属ワイヤーが配置される基板上に形成された第1絶縁層上に配置される金属配線と、前記金属配線上に形成された第2絶縁層上に配置される、金属で形成された領域である金属ランドとを備え、前記金属配線は、前記複数の金属ワイヤーの1つと接続され、前記複数の金属ワイヤーは、前記金属ランドを介して接続されてもよい。 The inductance element is further disposed on a metal wiring disposed on a first insulating layer formed on a substrate on which the metal wire is disposed, and on a second insulating layer formed on the metal wiring. A metal land that is a region formed of metal, wherein the metal wiring is connected to one of the plurality of metal wires, and the plurality of metal wires may be connected via the metal land. Good.
これによって、スパイラル配線を通過する信号の流れと、そのスパイラル配線直上の金属ワイヤーを通過する信号の流れとが同じ方向になるように、スパイラル配線及び金属ワイヤーを配置して、スパイラル配線及び金属ワイヤーにより形成される磁界が強め合うようにすることができるので、大きなインダクタンス値のインダクタンス素子を実現することができる。また、スパイラル配線だけを用いてインダクタンス値を大きくしたインダクタと比較して、所望のインダクタンス値を得るための配線長が短くなり、インダクタを形成する配線の直列抵抗が小さくなるので、配線抵抗が小さく、かつ小型のインダクタンス素子を実現することができる。 As a result, the spiral wiring and the metal wire are arranged so that the signal flow passing through the spiral wiring and the signal flow passing through the metal wire immediately above the spiral wiring are in the same direction. Since the magnetic fields formed by the above can be strengthened, an inductance element having a large inductance value can be realized. In addition, compared to an inductor with only a spiral wiring and a large inductance value, the wiring length for obtaining a desired inductance value is shortened, and the series resistance of the wiring forming the inductor is reduced, so that the wiring resistance is small. In addition, a small inductance element can be realized.
また、本発明は、上記インダクタンス素子を備えることを特徴とする集積回路とすることもできる。 The present invention can also be an integrated circuit including the inductance element.
これによって、小型かつ特性の良好なインダクタンス素子を含む集積回路を容易に実現することができる。 As a result, an integrated circuit including an inductance element having a small size and good characteristics can be easily realized.
さらに、本発明は、複数の金属ワイヤーを接続する接続工程を含むことを特徴とするインダクタンス素子の製造方法とすることもできる。ここで、前記接続工程において、前記金属ワイヤーの両端部が基板に接続し、前記金属ワイヤーの中間部が前記基板から浮くように、複数の金属ワイヤーを接続してもよいし、前記インダクタンス素子の製造方法は、さらに、金属で形成された領域である金属ランドを前記基板上に形成するランド形成工程を含み、前記接続工程において、前記金属ランドを介して前記複数の金属ワイヤーを接続させてもよい。 Furthermore, this invention can also be set as the manufacturing method of the inductance element characterized by including the connection process which connects a some metal wire. Here, in the connecting step, a plurality of metal wires may be connected such that both ends of the metal wire are connected to the substrate, and an intermediate portion of the metal wire is floated from the substrate, The manufacturing method further includes a land formation step of forming a metal land, which is a region formed of metal, on the substrate, and the plurality of metal wires may be connected through the metal land in the connection step. Good.
これによって、小型かつ特性の良好なインダクタンス素子の製造方法を実現することができる。 As a result, it is possible to realize a manufacturing method of an inductance element that is small and has good characteristics.
また、前記接続工程において、前記複数の金属ランドの一部を用いて前記複数の金属ワイヤーを接続させてもよい。 In the connecting step, the plurality of metal wires may be connected using a part of the plurality of metal lands.
これによって、容易にインダクタンス値を変更することが可能なインダクタンス素子の製造方法を実現することができる。すなわち、高い設計自由度を有するインダクタンス素子を実現することができる。 Thus, it is possible to realize an inductance element manufacturing method capable of easily changing the inductance value. That is, an inductance element having a high degree of design freedom can be realized.
なお、本発明は、上述のようなインダクタンス素子及びその製造方法として実現できるのみではなく、上記の各技術的特徴を組み合わせた他のインダクタンス素子及びその製造方法として実現させることができるのは言うまでもない。 In addition, it cannot be overemphasized that this invention can be implement | achieved not only as an above-described inductance element and its manufacturing method but as another inductance element which combined each said technical feature, and its manufacturing method. .
本発明は、配線抵抗及び浮遊容量が小さく、かつ小型のインダクタンス素子を提供できる。また、高い設計自由度を有するインダクタンス素子を提供できる。さらに、他の回路素子との集積化が容易なインダクタンス素子を提供できる。さらにまた、大きなインダクタンス値のインダクタンス素子を提供できる。 The present invention can provide a small inductance element with low wiring resistance and stray capacitance. In addition, an inductance element having a high degree of design freedom can be provided. Furthermore, an inductance element that can be easily integrated with other circuit elements can be provided. Furthermore, an inductance element having a large inductance value can be provided.
よって、本発明により、小型かつQ値の高いインダクタンス素子を提供することが可能となり、実用的価値は極めて高い。 Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a small inductance element having a high Q value, and its practical value is extremely high.
以下、本発明の実施の形態におけるインダクタンス素子について、図面を参照しながら説明する。
(第1の実施の形態)
図1(a)は、本発明の第1の実施の形態のインダクタの構造を示す上面図であり、図1(b)は断面図(図1(a)のA−A’線における断面図)である。
Hereinafter, an inductance element according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
1A is a top view showing the structure of the inductor according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a sectional view (a sectional view taken along the line AA ′ in FIG. 1A). ).
本実施の形態のインダクタは、インダクタを前後の回路素子と接続するための配線2と、金属ワイヤー5と配線2とを接続する引き出し配線3と、複数の金属ランド4と、互いに電気的に接続された複数の金属ワイヤー5とから構成される。複数の金属ワイヤー5は、金属ランド4を介してスパイラル状に順次接続される。
In the inductor according to the present embodiment, the
ここで、配線2、引き出し配線3及び金属ランド4は、基板1上に配置された金属で形成された領域、例えば基板1上に形成されたCu、Ag、Al及びAu等の導体層である。このとき、基板1には、例えば、ガラスエポキシ基板、テフロン(登録商標)基板、アルミナセラミック基板及び単結晶サファイア基板等の、高抵抗誘電体基板が使用される。また、金属ランド4の大きさは、ワイヤーボンディングに使用する金属ワイヤー5の径によって異なるが、例えば5000μm2〜20000μm2程度である。
Here, the
また、金属ワイヤー5は、両端部が基板1に接続し、中間部が基板1から浮いた状態で、基板1に配置されて、エアブリッジを形成する。
Further, the
次に、上記構造を有するインダクタの製造方法について説明する。
まず、例えば印刷技術等によって基板1上に配線2、引き出し配線3及び複数の金属ランド4を形成する。
Next, a method for manufacturing the inductor having the above structure will be described.
First, the
次に、金属ワイヤー5を使った例えばワイヤーボンディングにより複数の金属ランド4を接続する。このとき、金属ワイヤー5がエアブリッジを形成するようにする。
Next, the plurality of
以上のように本実施の形態のインダクタによれば、インダクタは例えば図1に示すようにエアブリッジ構造を有する。よって、インダクタを形成する配線と基板との接触面積が小さく、対地容量が小さくなる。また、インダクタを形成する配線と引き出し配線との交差部分に発生する配線間容量が小さく、配線間容量が小さくなる。すなわち、図9のインダクタの等価回路での容量41、42、43が小さくなるので、本実施の形態のインダクタは、浮遊容量が小さなインダクタを実現することができる。
As described above, according to the inductor of the present embodiment, the inductor has, for example, an air bridge structure as shown in FIG. Therefore, the contact area between the wiring forming the inductor and the substrate is small, and the ground capacitance is small. Further, the inter-wiring capacitance generated at the intersection of the wiring forming the inductor and the lead-out wiring is small, and the inter-wiring capacitance is small. That is, since the
また、本実施の形態のインダクタによれば、インダクタを形成する配線として金属ワイヤーを用いる。よって、配線幅及び配線間隔が製造上の制限を受けなくなり、かつインダクタを形成する配線の単位幅当たりの抵抗が低くなり、図9のインダクタの等価回路での抵抗44が小さくなるので、本実施の形態のインダクタは、小型かつ配線抵抗が低いインダクタを実現することができる。例えば、直径25ミクロンの金属ワイヤーでワイヤーボンドをする場合、この金属ワイヤーの断面積は約490μm2である。これと同等の断面積を、膜厚5ミクロンの印刷で実現するには、98ミクロンの幅の配線が必要となり、インダクタが大型化する。それに対して本実施の形態のインダクタは、上記のようにインダクタを小型化できる。また、インダクタを形成する配線の容量が小さくなるので、本実施の形態のインダクタは、更に浮遊容量が小さなインダクタを実現することができる。さらに、容易に配線レイアウトを変更し、スパイラルの巻き数を変更することができるので、本実施の形態のインダクタは、容易にインダクタンス値を変更することができ、高い設計自由度を有するインダクタを実現することができる。
(第2の実施の形態)
図2は、本発明の第2の実施の形態のインダクタの構造を示す上面図である。なお、図1と同一の要素には同一の符号が付されており、それらに関する詳しい説明はここでは省略する。
In addition, according to the inductor of the present embodiment, a metal wire is used as the wiring that forms the inductor. Therefore, the wiring width and the wiring interval are not subject to manufacturing restrictions, the resistance per unit width of the wiring forming the inductor is reduced, and the
(Second Embodiment)
FIG. 2 is a top view showing the structure of the inductor according to the second embodiment of the present invention. The same elements as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted here.
本実施の形態のインダクタは、金属ワイヤーと接続されないダミーの金属ランドを有するという点で第1の実施の形態のインダクタと異なり、配線2と、引き出し配線3と、複数の金属ワイヤー5と、複数の金属ランド6とから構成される。複数の金属ワイヤー5は、金属ランド6を介してスパイラル状に順次接続される。
The inductor of the present embodiment is different from the inductor of the first embodiment in that it has a dummy metal land that is not connected to the metal wire, and the
ここで、複数の金属ランド6は、基板上に配置された金属で形成された領域、例えば基板上に形成されたCu、Ag、Al及びAu等の導体層であり、金属ワイヤー5と接続される金属ランド6aと、金属ワイヤー5と接続されないダミーの金属ランド6bとからなる。このとき、金属ランド6の大きさは、ワイヤーボンディングに使用する金属ワイヤー5の径によって異なるが、例えば5000μm2〜20000μm2程度である。
Here, the plurality of
次に、上記構造を有するインダクタの製造方法について説明する。
まず、例えば印刷技術等によって基板上に配線2、引き出し配線3及び複数の金属ランド6を形成する。
Next, a method for manufacturing the inductor having the above structure will be described.
First, the
次に、金属ワイヤー5を使った例えばワイヤーボンディングにより複数の金属ランド6の一部である複数の金属ランド6aを接続する。この後、インダクタンス値を変更させる場合には、ダミーの金属ランド6bを用いて接続させる金属ランド6を変更する。つまり、金属ワイヤー5の接続に用いる金属ランド6を変更する。
Next, a plurality of
以上のように本実施の形態のインダクタによれば、第1の実施の形態のインダクタと同様に、配線抵抗及び浮遊容量が小さく、かつ小型のインダクタを実現することができる。 As described above, according to the inductor of the present embodiment, it is possible to realize a small inductor having a small wiring resistance and stray capacitance, similarly to the inductor of the first embodiment.
また、本実施の形態のインダクタによれば、インダクタは、金属ワイヤー5と接続されないダミーの金属ランド6bを有する。よって、ダミーの金属ランド6bを使用することでスパイラルパターンを変更し、スパイラルの巻き数を変更することが出来るので、本実施の形態のインダクタは、容易にインダクタンス値を変更することができ、高い設計自由度を有するインダクタを実現することができる。
Further, according to the inductor of the present embodiment, the inductor has the
なお、本実施の形態において、ダミーの金属ランド6bの数を4つとした、巻き数が3のスパイラルパターンのインダクタを示した。しかし、インダクタのスパイラルパターンは、他のスパイラルパターン、例えばダミーの金属ランド6bの数を9つとした、巻き数が2のスパイラルパターンであってよい。
(第3の実施の形態)
図3(a)は、本発明の第3の実施の形態のインダクタの構造を示す上面図であり、図3(b)は断面図(図3(a)のA−A’線における断面図)である。
In the present embodiment, an inductor having a spiral pattern in which the number of
(Third embodiment)
3A is a top view showing the structure of the inductor according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a cross-sectional view (a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. 3A). ).
本実施の形態のインダクタは、インダクタを前後の回路素子と接続するための配線12と、金属ワイヤー15と配線12とを接続する引き出し配線13と、複数の金属ランド14と、互いに電気的に接続された複数の金属ワイヤー15とから構成される。複数の金属ワイヤー15は、金属ランド14を介してスパイラル状に順次接続される。
The inductor according to the present embodiment is electrically connected to a
ここで、配線12、引き出し配線13及び金属ランド14は、半導体基板11上に配置された金属で形成された領域、例えば半導体基板11上に形成されたCu、Ag、Al及びAu等の導体層である。このとき、半導体基板11は、GaAs(砒化ガリウム)やSi(ケイ素)等から構成され、配線12、引き出し配線13及び金属ランド14が形成される少なくとも半導体基板11表面には、SiO2(酸化ケイ素)やSiNX(窒化ケイ素)等から構成される絶縁層16が形成される。また、金属ランド14の大きさは、ワイヤーボンディングに使用する金属ワイヤー15の径によって異なるが、例えば5000μm2〜20000μm2程度である。
Here, the
また、金属ワイヤー15は、両端部が半導体基板11に接続し、中間部が半導体基板11から浮いた状態で、半導体基板11に配置されて、エアブリッジを形成する。
Further, the
次に、上記構造を有するインダクタの製造方法について説明する。
まず、フォトリソグラフィー、金属蒸着及びメッキ等の半導体プロセスによって半導体基板11上に配線12、引き出し配線13及び複数の金属ランド14を形成する。
Next, a method for manufacturing the inductor having the above structure will be described.
First, the
次に、金属ワイヤー15を使った例えばワイヤーボンディングにより複数の金属ランド14を接続する。このとき、金属ワイヤー15がエアブリッジを形成するようにする。
Next, the plurality of metal lands 14 are connected by, for example, wire bonding using the
以上のように本実施の形態のインダクタによれば、第1の実施の形態のインダクタと同様に、配線抵抗及び浮遊容量が小さく、かつ小型のインダクタを実現することができる。 As described above, according to the inductor of the present embodiment, it is possible to realize a small inductor having a small wiring resistance and stray capacitance, similarly to the inductor of the first embodiment.
また、本実施の形態のインダクタによれば、半導体プロセスによって金属ランド14を形成する。よって、金属ランドの幅や金属ランド間のギャップの精度を向上させることができるので、本実施の形態のインダクタは、更に小型のインダクタを実現することができる。また、インダクタが形成される半導体基板上に、予めキャパシタや抵抗等の回路素子を形成しておくことができるので、本実施の形態のインダクタは、他の回路素子との集積化が容易なインダクタを実現することができる。これによって、小型かつ特性の良好なインダクタを含む集積回路を容易に実現することができる。
(第4の実施の形態)
図4は、本発明の第4の実施の形態のインダクタの構造を示す上面図である。なお、図3と同一の要素には同一の符号が付されており、それらに関する詳しい説明はここでは省略する。
Further, according to the inductor of the present embodiment, the
(Fourth embodiment)
FIG. 4 is a top view showing the structure of the inductor according to the fourth embodiment of the present invention. The same elements as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted here.
本実施の形態のインダクタは、金属ワイヤーと接続されないダミーの金属ランドを有するという点で第3の実施の形態のインダクタと異なり、配線12と、引き出し配線13と、複数の金属ワイヤー15と、複数の金属ランド17とから構成される。複数の金属ワイヤー15は、金属ランド17を介してスパイラル状に順次接続される。
The inductor of the present embodiment is different from the inductor of the third embodiment in that it has a dummy metal land that is not connected to the metal wire, and the
ここで、複数の金属ランド17は、半導体基板上に配置された金属で形成された領域、例えば半導体基板上に形成されたCu、Ag、Al及びAu等の導体層であり、金属ワイヤー15と接続される金属ランド17aと、金属ワイヤー15と接続されないダミーの金属ランド17bとからなる。このとき、金属ランド17の大きさは、ワイヤーボンディングに使用する金属ワイヤー15の径によって異なるが、例えば5000μm2〜20000μm2程度である。
Here, the plurality of metal lands 17 are regions formed of metal disposed on the semiconductor substrate, for example, conductor layers such as Cu, Ag, Al, and Au formed on the semiconductor substrate. It consists of a
次に、上記構造を有するインダクタの製造方法について説明する。
まず、例えば印刷技術等によって半導体基板上に配線12、引き出し配線13及び複数の金属ランド17を形成する。
Next, a method for manufacturing the inductor having the above structure will be described.
First, the
次に、金属ワイヤー15を使った例えばワイヤーボンディングにより複数の金属ランド17の一部である複数の金属ランド17aを接続する。この後、インダクタンス値を変更させる場合には、ダミーの金属ランド17bを用いて接続させる金属ランド17を変更する。つまり、金属ワイヤー15の接続に用いる金属ランド17を変更する。
Next, a plurality of
以上のように本実施の形態のインダクタによれば、第3の実施の形態のインダクタと同様に、配線抵抗及び浮遊容量が小さく、かつ小型のインダクタを実現することができる。 As described above, according to the inductor of the present embodiment, it is possible to realize a small inductor with low wiring resistance and stray capacitance, similarly to the inductor of the third embodiment.
また、本実施の形態のインダクタによれば、インダクタは、金属ワイヤー15と接続されないダミーの金属ランド17bを有する。よって、金属ワイヤー15を接続する際に、ダミーの金属ランド17bを使用することでスパイラルパターンを変更し、スパイラルの巻き数を変更することが出来るので、本実施の形態のインダクタは、容易にインダクタンス値を変更することができ、高い設計自由度を有するインダクタを実現することができる。
(第5の実施の形態)
図5(a)は、本発明の第5の実施の形態のインダクタの構造を示す上面図であり、図5(b)は断面図(図5(a)のA−A’線における断面図)であり、図5(c)は断面図(図5(a)のB−B’線における断面図)である。
Further, according to the inductor of the present embodiment, the inductor has the
(Fifth embodiment)
FIG. 5A is a top view showing a structure of an inductor according to a fifth embodiment of the present invention, and FIG. 5B is a cross-sectional view (a cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG. 5A). FIG. 5C is a cross-sectional view (a cross-sectional view taken along the line BB ′ in FIG. 5A).
本実施の形態のインダクタは、インダクタを前後の回路素子と接続するための配線31と、スパイラル配線32と、スパイラル配線32を覆うように基板37上に形成された絶縁層33と、複数の金属ランド35と、互いに電気的に接続された複数の金属ワイヤー36とから構成される。複数の金属ワイヤー36は、スパイラル配線32を通過する信号の流れと、そのスパイラル配線32直上の金属ワイヤー36を通過する信号の流れとが同じ方向になるように、金属ランド35を介してスパイラル状に順次接続される。
The inductor according to the present embodiment includes a
ここで、配線31及びスパイラル配線32は、基板37上に配置された金属で形成された領域、例えば基板37上に形成されたCu、Ag、Al及びAu等の導体層である。また、金属ランド35は、絶縁層33上に配置された金属で形成された領域、例えば絶縁層33上に形成されたCu、Ag、Al及びAu等の導体層である。このとき、基板37には、例えば、ガラスエポキシ基板、テフロン基板、アルミナセラミック基板及び単結晶サファイア基板等の、高抵抗誘電体基板が使用される。また、絶縁層33には、例えば、基板37と同様の高抵抗誘電体基板が使用される。さらに、金属ランド35の大きさは、ワイヤーボンディングに使用する金属ワイヤー36の径によって異なるが、例えば5000μm2〜20000μm2程度である。
Here, the
また、金属ワイヤー36は、両端部が基板37に接続し、中間部が基板37から浮いた状態で、基板37に配置されて、エアブリッジを形成する。
Further, the
また、絶縁層33には、中心部のスパイラル配線32上においてスパイラル配線32が露出するように開口部34が設けられており、露出するスパイラル配線32は、複数の金属ワイヤー36の1つと接続される。
The insulating
次に、上記構造を有するインダクタの製造方法について説明する。
まず、例えば印刷技術等によって基板37上に配線31及びスパイラル配線32を形成する。
Next, a method for manufacturing the inductor having the above structure will be described.
First, the
次に、スパイラル配線32を覆うように絶縁層33を基板37上に形成した後、中心部のスパイラル配線32上の絶縁層33を除去し、スパイラル配線32と金属ワイヤー36とのコンタクトのために開口部34を形成する。
Next, an insulating
次に、スパイラル配線32の直上の絶縁層33上に、複数の島状の金属ランド35を形成する。その後、開口部34により露出した中心部のスパイラル配線32と金属ランド35の1つとを金属ワイヤー36を使った例えばワイヤーボンディングにより接続する。
Next, a plurality of island-shaped metal lands 35 are formed on the insulating
次に、金属ワイヤー36を使った例えばワイヤーボンディングにより複数の金属ランド35を接続する。このとき、金属ワイヤー36がエアブリッジを形成するようにする。
Next, the plurality of metal lands 35 are connected by, for example, wire bonding using the
以上のように本実施の形態のインダクタによれば、スパイラル配線32を通過する信号の流れと、そのスパイラル配線32直上の金属ワイヤー36を通過する信号の流れとが同じ方向になるように、スパイラル配線32及び金属ワイヤー36が配置される。よって、スパイラル配線及び金属ワイヤーにより形成される磁界が互いに強め合うので、本実施の形態のインダクタは、大きなインダクタンス値のインダクタを実現することができる。
As described above, according to the inductor of the present embodiment, the signal flow passing through the
また、本実施の形態のインダクタによれば、金属ワイヤー36を用いてインダクタンス値を大きくする。よって、スパイラル配線32だけを用いてインダクタンス値を大きくしたインダクタと比較して、所望のインダクタンス値を得るための配線長が短くなり、インダクタを形成する配線の直列抵抗が小さくなるので、本実施の形態のインダクタは、小型かつ配線抵抗が低いインダクタを実現することができる。
Further, according to the inductor of the present embodiment, the inductance value is increased using the
なお、スパイラル配線32と金属ワイヤー36との間の絶縁層33上には、強磁性体材料が設けられてもよい。これによって、インダクタンス値を更に向上させることができる。
A ferromagnetic material may be provided on the insulating
また、基板37には、高抵抗誘電体基板が使用されるとしたが、GaAs(砒化ガリウム)やSi(ケイ素)等から構成される半導体基板が使用されてもよい。このとき、少なくとも半導体基板表面には、SiO2(酸化ケイ素)やSiNX(窒化ケイ素)等から構成される絶縁層が形成され、スパイラル配線はその絶縁層上に形成される。
(第6の実施の形態)
図6は、本発明の第6の実施の形態のインダクタの構造を示す上面図である。なお、図5と同一の要素には同一の符号が付されており、それらに関する詳しい説明はここでは省略する。
Further, although the high-resistance dielectric substrate is used as the
(Sixth embodiment)
FIG. 6 is a top view showing the structure of the inductor according to the sixth embodiment of the present invention. The same elements as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted here.
本実施の形態のインダクタは、配線31と、スパイラル配線32と、複数の金属ワイヤー46とから構成される。複数の金属ワイヤー46は、スパイラル配線32を介してスパイラル状に順次接続される。つまり、スパイラル配線32と電気的に並列に接続される。
The inductor according to the present embodiment includes a
ここで、金属ワイヤー46は、両端部が基板に接続し、中間部が基板から浮いた状態で、基板に配置されて、エアブリッジを形成する。
Here, the
次に、上記構造を有するインダクタの製造方法について説明する。
まず、例えば印刷技術等によって基板上に配線31及びスパイラル配線32を形成する。
Next, a method for manufacturing the inductor having the above structure will be described.
First, the
次に、スパイラル配線32と複数の金属ワイヤー46とをワイヤーボンディングにより並列に接続する。このとき、金属ワイヤー46がエアブリッジを形成するようにする。
Next, the
以上のように本実施の形態のインダクタによれば、複数の金属ワイヤー46がスパイラル配線32と並列に接続される。よって、インダクタを形成する配線の直列抵抗を小さくすることができるので、本実施の形態のインダクタは、小型かつ配線抵抗が低いインダクタを実現することができる。
(第7の実施の形態)
図7(a)は、本発明の第7の実施の形態のインダクタの構造を示す上面図であり、図7(b)は断面図(図7(a)のA−A’線における断面図)であり、図7(c)は断面図(図7(a)のB−B’線における断面図)である。
As described above, according to the inductor of the present embodiment, the plurality of
(Seventh embodiment)
FIG. 7A is a top view showing the structure of the inductor according to the seventh embodiment of the present invention, and FIG. 7B is a cross-sectional view (a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. 7A). FIG. 7C is a cross-sectional view (a cross-sectional view taken along the line BB ′ in FIG. 7A).
本実施の形態のインダクタは、インダクタを前後の回路素子と接続するための配線51と、複数の島状の縦状配線52と、互いに電気的に接続された複数の金属ワイヤー55とから構成される。複数の金属ワイヤー55は、縦状配線52を介して縦巻き状に順次接続される。
The inductor according to the present embodiment includes a
ここで、配線51及び縦状配線52は、基板57上に形成された金属で形成された領域、例えば基板57上に形成されたCu、Ag、Al及びAu等の導体層である。このとき、基板57には、例えば、ガラスエポキシ基板、テフロン基板、アルミナセラミック基板及び単結晶サファイア基板等の、高抵抗誘電体基板が使用される。
Here, the
また、金属ワイヤー55は、両端部が基板57に接続し、中間部が基板57から浮いた状態で、基板57に配置されて、エアブリッジを形成する。
Further, the
次に、上記構造を有するインダクタの製造方法について説明する。
まず、例えば印刷技術等によって基板57上に配線51及び縦状配線52を形成する。
Next, a method for manufacturing the inductor having the above structure will be described.
First, the
次に、金属ワイヤー55を使った例えばワイヤーボンディングにより複数の縦状配線52を接続する。このとき、金属ワイヤー55がエアブリッジを形成するようにする。
Next, the plurality of
以上のように本実施の形態のインダクタによれば、インダクタは、インダクタを形成する配線として複数の金属ワイヤーを用い、エアブリッジ構造を有する。よって、配線抵抗及び浮遊容量が小さく、かつ小型の縦巻き状のインダクタを実現することができる。 As described above, according to the inductor of the present embodiment, the inductor uses a plurality of metal wires as wiring forming the inductor and has an air bridge structure. Therefore, it is possible to realize a small vertically wound inductor having a small wiring resistance and stray capacitance.
なお、縦巻き状の配線の中心部分に、つまり縦状配線52と金属ワイヤー55との間に、強磁性体材料が設けられてもよい。これによって、インダクタンス値を更に向上させることができる。
Note that a ferromagnetic material may be provided at the center of the vertically wound wiring, that is, between the
また、本実施の形態のインダクタにおいて、複数の金属ワイヤーは、縦状配線を介して縦巻き状に順次接続されるとした。しかし、複数の金属ワイヤーは、第1、2、3、4の実施の形態で示した金属ランドにより縦巻き状に順次接続されてもよい。 Further, in the inductor according to the present embodiment, the plurality of metal wires are sequentially connected in a vertical winding manner through the vertical wiring. However, the plurality of metal wires may be sequentially connected in a vertical winding manner by the metal lands shown in the first, second, third, and fourth embodiments.
本発明は、インダクタンス素子に利用でき、特にMMIC等に利用することができる。 The present invention can be used for an inductance element, and in particular for an MMIC.
1、37、57 基板
2、12、31、51 配線
3、13、63 引き出し配線
4、6、6a、6b、14、17、17a、17b、35 金属ランド
5、15、36、46、55 金属ワイヤー
11 半導体基板
16、33 絶縁層
32、62 スパイラル配線
34 開口部
41 配線間容量
42、43 対地容量
44 配線抵抗
61 外側配線
1, 37, 57
Claims (13)
ことを特徴とするインダクタンス素子。 An inductance element comprising a plurality of connected metal wires.
ことを特徴とする請求項1に記載のインダクタンス素子。 2. The inductance element according to claim 1, wherein the metal wire is disposed on the substrate with both ends connected to the substrate and an intermediate portion floating from the substrate.
前記複数の金属ワイヤーは、前記金属ランドを介して接続される
ことを特徴とする請求項1に記載のインダクタンス素子。 The inductance element further includes a metal land, which is an area formed of metal, disposed on a substrate on which the metal wire is disposed,
The inductance element according to claim 1, wherein the plurality of metal wires are connected via the metal land.
前記金属ランドは、前記絶縁層上に配置される
ことを特徴とする請求項3に記載のインダクタンス素子。 An insulating layer is formed on the substrate,
The inductance element according to claim 3, wherein the metal land is disposed on the insulating layer.
前記金属ワイヤーは、前記金属配線を介して接続される
ことを特徴とする請求項1に記載のインダクタンス素子。 The inductance element further includes a metal wiring disposed on an insulating layer formed on a substrate on which the metal wire is disposed,
The inductance element according to claim 1, wherein the metal wire is connected via the metal wiring.
前記金属配線は、前記複数の金属ワイヤーの1つと接続され、
前記複数の金属ワイヤーは、前記金属ランドを介して接続される
ことを特徴とする請求項1に記載のインダクタンス素子。 The inductance element is further disposed on a metal wiring disposed on a first insulating layer formed on a substrate on which the metal wire is disposed, and on a second insulating layer formed on the metal wiring. A metal land that is a region formed of metal,
The metal wiring is connected to one of the plurality of metal wires;
The inductance element according to claim 1, wherein the plurality of metal wires are connected via the metal land.
ことを特徴とする請求項1に記載のインダクタンス素子。 The inductance element according to claim 1, wherein the plurality of metal wires are connected in a spiral shape.
ことを特徴とする請求項1に記載のインダクタンス素子。 The inductance element according to claim 1, wherein the plurality of metal wires are connected in a vertical winding shape.
ことを特徴とする集積回路。 An integrated circuit comprising the inductance element according to claim 1.
ことを特徴とするインダクタンス素子の製造方法。 The manufacturing method of the inductance element characterized by including the connection process which connects a some metal wire.
ことを特徴とする請求項10に記載のインダクタンス素子の製造方法。 11. The inductance according to claim 10, wherein in the connecting step, a plurality of metal wires are connected such that both end portions of the metal wire are connected to a substrate and an intermediate portion of the metal wire is floated from the substrate. Device manufacturing method.
前記接続工程において、前記金属ランドを介して前記複数の金属ワイヤーを接続させる
ことを特徴とする請求項11に記載のインダクタンス素子の製造方法。 The method of manufacturing the inductance element further includes a land forming step of forming a metal land, which is a region formed of metal, on the substrate,
The method of manufacturing an inductance element according to claim 11, wherein in the connecting step, the plurality of metal wires are connected through the metal lands.
ことを特徴とする請求項12に記載のインダクタンス素子の製造方法。
The method of manufacturing an inductance element according to claim 12, wherein in the connecting step, the plurality of metal wires are connected using a part of the plurality of metal lands.
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JP2014233051A (en) * | 2013-05-30 | 2014-12-11 | 株式会社東芝 | Inductor for rf (high frequency) power amplifier |
JP2015207577A (en) * | 2014-04-17 | 2015-11-19 | 株式会社デンソー | coil |
CN111146185A (en) * | 2019-05-30 | 2020-05-12 | 福建省福联集成电路有限公司 | Inductor and manufacturing method thereof |
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-
2004
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