JP3048593B2 - 混成集積回路部品 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、コイル層を含む積層受動複合体の少なくと
も一面上に、能動集積回路（チップ）を搭載した混成集
積回路部品に関する。本発明において、コイルは、主と
して、インダクタンス分を利用するインダクタ及び相互
誘導結合を利用するトランス等を構成するために用いら
れる。

＜従来の技術＞ 従来、混成集積回路部品は、アルミナ等の基板に厚膜
配線し、集積回路等の能動素子やコンデンサ、コイルも
しくは抵抗等の受動素子を搭載した機能ブロックとなっ
ていた。しかし、この従来の混成集積回路部品は、完成
した能動素子及び受動素子を基板上に搭載する構造をと
るため、集積度の高度化、高密度化及び小型化に限界を
生じる。かかる従来の限界を越えた新規な混成集積回路
部品として、アルミナ基板等を使用することなく、複数
種の受動素子、特にコンデンサ、コイルまたは抵抗及び
そのネットワークを積層して集積すると共に、能動集積
回路を搭載した混成集積回路部品が提案されている。混
成集積回路部品は、典型的には、コイル、抵抗及び能動
集積回路の組合わせに係るタイプのものと、更にこれに
コンデンサを付加したタイプとがある。このような混成
集積回路部品は、高集積度、高性能及び超小型のイコラ
イザアンプ、DCーDCコンバータ等として、極めて有用な
ものである。

この種の混成集積回路部品を構成する場合、抵抗体は
平面的な印刷手段によって容易に形成でき、コンデンサ
層は従来より周知の積層コンデンサ製造技術と同様の技
術により、比較的容易に集積化できる。しかし、コイル
層の集積化は必ずしも容易ではない。利用できる技術は
限られている。その代表的な技術は特公昭57ー39521号
公報等に開示された技術である。

この従来技術は、フェライトの磁性層と、コイルとな
る導体とを交互に印刷して積層し、積層後に、焼成焼結
する製造工程を経て得られる。積層化に当っては、約半
ターン分のコイル用導体膜を印刷する工程と、印刷され
た導体の端部を残して、その上に磁性層を印刷する工程
と、残された端部に導通するようにして磁性層の上に残
りの半ターン分の導体を印刷する工程とを繰返して、積
層方向に螺旋状に変位するコイル導体を形成する。積層
工程を終了した後、焼成することにより、磁性体の内部
にコイルを埋設した高密度集積のコイルが得られ、更に
コンデンサ層との積層化及び抵抗の印刷により、高集積
度、高性能及び超小型の混成集積回路部品が得られる。

＜発明が解決しようとする課題＞ この種の混成集積回路部品は、前述したように、イコ
ライザアンプもしくはDCーDCコンバータ等を構成する部
品として使用されるものであり、コンデンサ容量値、イ
ンダクタンス値、抵抗値及びそのネットワーク等を広い
範囲で選択できなければならない。コンデンサ容量値及
びそのネットワークは、積層数の選択、コンデンサ電極
片数及びその平面的な接続構造等によって、容易に広い
範囲に調整できる。抵抗に関しても同様である。

ところが、特公昭57ー39521号公報等で知られた積層
化技術によって得られるインダクタは、コイル用導体が
積層方向に連続する立体的構造となるので、そのインダ
クタンス値は積層回数によって定まってしまう。インダ
クタンス値の選択、特にインダクタンス値を増大させる
ためには、積層回数を増大させなければならない。この
ため、要求されるインダクタンス値が大きくなればなる
程、積層数が増えて全体の厚みが増し、小型化、薄型化
の要求から乖離してしまう。

複数のコイル用導体を形成しておいて、外部で直列に
接続する構造も考えられるが、１つのコイルが占める平
面積が増大し、大型になる。

別の構造として、巻き進み方向が同一で、しかも同一
方向に変位する複数の螺旋状コイル導体を磁性体中に併
設した構造も提案されている。しかし、かかる構造にお
いては、複数あるコイル導体のそれぞれの始端と終端が
同一方向に配置される。例えば各コイル導体の始端が磁
性体の下部に位置しているとすると、終端は磁性体の上
部に位置する。従って、同一方向の磁界を発生させるた
めのコイル導体の接続に当って、磁性体の上部にある一
方のコイル導体の終端を、反対側の下部にある他方のコ
イル導体の始端側に導かなければならない。このような
接続構造を、磁性体の内部で実現することは不可能であ
る。各コイル導体の始端及び終端を磁性体の外部に引出
して、外部端子等により接続するほかはない。このた
め、各コイル導体の接続構造が複雑になると共に、製造
工程数が多くなる。コイル特性から見ても好ましいもの
ではない。

そこで、本発明の課題は上述する従来の問題点を解決
し、複数あるコイル導体を磁性体の内部で連続させてコ
イルを形成し、コイルの占有面積を実質的に増大させる
ことなく、コイルの巻回数及びインダクタンス値を増大
させた高集積度、高性能の混成集積回路部品を提供する
ことである。

＜課題を解決するための手段＞ 上述する課題解決のため、本発明に係る混成集積回路
部品は、コイル層を含む積層受動複合体と、前記積層受
動複合体の上に搭載された能動集積回路とを有する。前
記コイル層は、磁性体中に埋設された一つまたは複数の
コイルを有している。

前記コイルの少なくとも１つは、複数のコイル導体を
含む。前記複数のコイル導体は、巻軸方向に変位する螺
旋状であって各巻軸が互いの巻径面内に位置するように
配置されており、同一の巻軸方向で見た巻き進み方向が
互いに逆になる２つのコイル導体の組合せを含む。前記
２つのコイル導体は、同一方向の磁界を生じるように、
前記磁性体の内部において、互いに直列に接続されてい
る。

＜作用＞ コイルを構成する複数のコイル導体は、同一方向の磁
界を生じるように、互いに直列に接続されているので、
１つのコイルとして見た巻回数が、複数のコイル導体の
各巻回数の和となる。コイルのインダクタンス値Ｌ
（Ｈ）は、一般に、 Ｌ＝４πμｅ・（A/l）・N²×10^−９ ただし、 Ａはコイル導体巻回部の断面積（m²） ｌは磁路長（ｍ） μｅは実効透磁率（Wb/A・ｍ） Ｎは巻回数 となる。前述したように、本発明においては、１つのコ
イルとして見た巻回数が、複数のコイル導体の巻回数和
となるので、極めて大きなインダクタンス値Ｌを得るこ
とができる。

コイル導体は、巻軸方向に変位する螺旋状であって、
各巻軸が互いの巻径面内に位置するように配置されてい
るから、実質的に同一位置で積層した構造となる。この
ため、占有面積が小さくなり、小型でありながら、イン
ダクタンス値の大きなコイルを有する混成集積回路部品
が得られる。

複数のコイル導体は、同一の巻軸方向で見た巻き進み
方向が互いに逆になる２つのコイル導体の組合せを含
み、この組合せに係る２つのコイル導体において、一方
のコイル導体の終端部と他方のコイル導体の始端部と
を、直列に接続することにより、電流が巻軸のまわりで
同一方向に流れ、同一方向の磁界を発生するコイルを得
ることができる。一方のコイル導体の終端部と他方のコ
イル導体の始端部は、磁性体の内部で同一方向に位置す
るので、磁性体の内部で連続させることができる。内部
接続によれば、コイル導体接続部分における分布容量の
発生等を回避できるから、特性の良好なコイルを有する
混成集積回路部品を実現できる。

＜実施例＞ 第１図は本発明に係る混成集積回路部品の１例を示す
平面図、第２図はその積層構造を示す断面図である。図
において、１はコンデンサ層、２はコイル層、301〜312
は端子電極、４はチップ化された能動集積回路、８は抵
抗体である。コンデンサ層１、コイル層２及び抵抗体８
は積層受動複合体を構成している。

コンデンサ層１は、誘電体磁器100の内部にコンデン
サネットワーク101〜103を埋設した構造となっている。
コンデンサネットワーク101〜103は、誘電体磁器層を介
して電極を対向させて形成されたコンデンサを、所要の
コンデンサ回路を構成するように接続することによって
構成されている。コンデンサネットワーク101〜103の回
路構成は、用途に応じて任意に選択される。これらのコ
ンデンサネットワーク101〜103は端子電極301〜312の何
れかに接続されて外部に引出される。

コイル層２は、コンデンサ層１と連続積層して一体焼
成し、もしくは接着等の手段によって一体化した状態で
積層されている。第２図の例ではコンデンサ層１の片面
にコイル層２を積層した構造となっているが、第３図に
示すように、コンデンサ層１の両面側に積層した構造を
取ることも可能である。図示はされていないけれども、
コイル層２の両面側にコンデンサ層１を積層してもよ
い。コイル層２はフェライト等の磁性体20の内部にコイ
ル21〜24を埋設した構造となっている。コイル21〜24の
巻回数及び個数は要求される回路構成に応じて任意に選
定され、インダクタまたはトランスとして使用される。

能動集積回路４は、トランジスタ回路等を内蔵するチ
ップとなっていて、コンデンサ層１の表面側に搭載され
ている。41はチップ本体、42はリード導体である。リー
ド導体42はコンデンサ層１の表面に形成された導体パタ
ーン71、72（第２図参照）に半田付けされ、コンデンサ
やコイルとともに、所定の回路を構成するように接続さ
れている。能動集積回路４は、図示では一面側にのみ設
けられているが、両面側に設けてもよい。

抵抗体８は、コイル層２の少なくとも一面上に印刷等
の手段によって形成されている。91〜93は抵抗体８のた
めの導体パターン、10はクロスオーバ絶縁層、11は絶縁
被覆層である。絶縁層10及び絶縁被覆層11はガラスによ
って構成されている。

第２図の例ではコンデンサ層１の片面にコイル層２を
積層した構造となっているが、第３図に示すように、コ
ンデンサ層１の両面側に積層した構造を取ることも可能
である。図示はされていないけれども、コイル層２の両
面側にコンデンサ層１を積層してもよい。これらの場合
も、能動集積回路４及び抵抗体８は積層体の両面または
片面側に設けることができる。第３図の実施例では、積
層体の両面に能動集積回路４を搭載した例を示してい
る。

第４図及び第５図はコイル21〜24の少なくとも１つが
備えるべき構造を、モデル化して示す図である。第４図
の実施例では、コイル21〜24の少なくとも１つは、２つ
のコイル導体201、202を有している。203は接続部、20
4、205は端子部である。

コイル導体201、202は、巻軸方向Ｏに変位る螺旋状と
なっていて、各巻軸が互いの巻径面内に位置するように
配置されている。

また、コイル導体201の巻き進み方向a1とコイル導体2
02の巻き進み方向b1とは、同一の巻軸方向Ｏで見て、互
いに逆になっている。即ち、巻軸方向Ｏで見て、コイル
導体201の巻き進み方向a1は左まわりであり、コイル導
体202の巻き進み方向b1は右まわりである。

コイル導体201、202は、コイル電流により同一方向の
磁界を生じるように、接続部203によって互いに接続さ
れている。接続の具体例として、図示では、コイル導体
201の終端部と、コイル導体202の始端部を接続部203に
よって互いに接続してある。コイル導体201の巻き進み
方向a1とコイル導体202の巻き進み方向b1とは、同一の
巻軸方向Ｏで見て、互いに逆になっているので、コイル
導体201の終端部と、コイル導体202の始端部を接続部20
3によって互いに接続した場合、コイル201、202によ
り、電流方向が同一のコイルが形成される。端子部20
4、205は、第１図及び第２図の端子電極301〜312の何れ
かに接続される。

コイル導体201、202に電流を流した場合、電流が巻軸
のまわりに同一方向に流れ、同一方向の磁界を生じる。
従って、コイルのインダクタンス値Ｌ（Ｈ）は、コイル
導体201、202の巻回数n1、n2をほぼ同じとすれば、コイ
ル導体が１つだけの場合のほぼ４倍となる。

コイル導体201、202は、巻軸方向Ｏに変位する螺旋状
であって、各巻軸が互いの巻径面内に位置するように配
置されているから、実質的に同一位置で螺旋状に巻回し
た構造となる。このため、占有面積が小さくなり、小型
になる。

コイル導体201、202は、同一の巻軸方向Ｏで見た巻き
進み方向a1、b1が互いに逆になっている。コイル導体20
1の終端部と、コイル導体202の始端部とが同じ方向に位
置し、この位置で接続部203により接続されている。従
って、磁性体20の内部で互いに接続でき、磁性体20の外
部に導出する必要がない。このため、コイル導体201、2
02の接続構造が簡単化されるとともに、接続処理が極め
て容易になる。

コイル導体201、202の間に介在する磁性層の厚みを薄
くすれば、実質的に厚みを増大させることなく、インダ
クタンス値の大きなコイルを有する混成集積回路部品が
得られる。

次に、第５図は３つのコイル導体200、201、202を備
える場合を示している。コイル導体200、201、202は、
巻軸方向Ｏに変位する螺旋状であって、各巻軸が互いの
巻径面内に位置するように配置されている。

同一の巻軸方向Ｏで見て、コイル導体200の巻き進み
方向a0とコイル導体201の巻き進み方向b1は互いに逆で
あり、コイル導体201の巻き進み方向b1とコイル導体202
の巻き進み方向a1は互いに逆になっている。

これらのコイル導体200、201、202は、コイル電流に
より同一方向の磁界を生じるように、コイル導体200の
終端部とコイル導体201の始端部とを接続部203によって
接続すると共に、コイル導体201の終端部とコイル導体2
02の始端部とを接続部203によって接続してある。

コイルのインダクタンス値Ｌ（Ｈ）は、コイル導体20
0、201、202の巻回数n0、n1、n2の和の２乗にほぼ比例
するから、第４図の実施例よりも更に大きなインダクタ
ンス値を確保できる。

しかも、コイル導体201、202は、第４図の実施例と同
様に、巻軸方向に変位する螺旋状であって、各巻軸が互
いの巻径面内に位置するように配置されているから、実
質的に同一位置で螺旋状に巻回した構造となる。このた
め、小型でありながら、インダクタンス値の大きな混成
集積回路部品が得られる。

また、同一の巻軸方向Ｏで見て、コイル導体200の巻
き進み方向a0とコイル導体201の巻き進み方向b1は互い
に逆であり、コイル導体201の巻き進み方向b1とコイル
導体202の巻き進み方向a1は互いに逆になっているか
ら、コイル導体200の終端部とコイル導体201の始端部、
及び、コイル導体201の終端部とコイル導体202の始端部
が同一方向に現われる。従って、コイル導体200、201、
202を、同一方向の磁界が発生するように接続する場
合、各接続部203を磁性体20内に配置して接続できる。

第４図及び第５図の教示するところに従い、更に多数
のコイル導体の組合せを実現できることは当業者にとっ
て自明であるので、その図示は省略する。

次に、製造工程を考慮した具体例について、第６図を
参照して説明する。第６図の実施例は、第４図に対応す
る具体例であって、コイル21〜24のそれぞれは、２つの
コイル導体（211、212）〜（241、242）を有している。
コイル導体211、212について述べると、コイル導体211
とコイル導体212は、巻軸方向O21に変位する螺旋状であ
って、各巻軸が互いの巻径面内に位置するように配置さ
れている。また、コイル導体211の巻き進み方向a1とコ
イル導体212の巻き進み方向b1とは、巻軸方向O21で見
て、互いに逆になっている。

コイル導体211、212は、同一方向の磁界を生じるよう
に、接続部213によって互いに接続されている。214、21
5は端子部であり、第１図及び第２図の端子電極301〜30
2の何れかにに接続される。図示とは逆に端子部214、21
5を互いに接続し、接続部213によって接続されている部
分を切離して端子部とすることもできる。更には、接続
部213を始端として、別のコイル導体を積み重ねた構造
とすることもできる。

実施例では、他のコイル22〜24も、基本的には、コイ
ル21と同様であって、２つのコイル導体（221、222）〜
（241、242）の組合せとし、コイル導体（221、222）〜
（241、242）を、巻き進み方向（a2とb2）、（a3とb
3）、（a4とb4）が互いに逆になり、各巻軸が互いの巻
径面内に位置するように配置し、しかも、同一方向の磁
界を生じるように互いに接続してある。コイル23、24で
は端子25が共有されているが、第７図に示すように独立
させてもよい。また、コイル21〜24の幾つかは単一のコ
イル導体によって構成することもできる。

コイル21〜24のうち、コイル21に注目してみると、コ
イル21を構成する２つのコイル導体211、212は、同一方
向の磁界を生じるように、互いに接続されている。従っ
て、コイルの巻回数Ｎは２つのコイル導体211、212の巻
回数n1、n2の和（n1＋n2）となる。コイルのインダクタ
ンス値Ｌ（Ｈ）は、前述したように、巻回数Ｎの２乗に
比例する。このため、極めて大きなインダクタンス値Ｌ
を得ることができる。

しかも、２つのコイル導体211、212は、巻軸方向に変
位する螺旋状であって、各巻軸が互いの巻径面内に位置
するように配置されているから、実質的に同一位置で螺
旋状に巻回した構造となる。このため、占有面積が小さ
くなり、小型、かつ、薄型でありながら、インダクタン
ス値の大きなコイルを有する混成集積回路部品が得られ
る。

コイル導体211、212は、同一の巻軸方向O21で見た巻
き進み方向a1、b1が互いに逆になっていて、コイル導体
211の終端部と、コイル導体212の始端部とが同じ方向に
位置し、この位置で接続部213により接続されている。
従って、磁性体20の内部で互いに接続でき、コイル導体
211、212の接続構造が簡単化されるとともに、接続処理
が極めて容易になる。

他のコイル22〜24でも同様である。図示は省略する
が、第６図の実施例を発展させて、第５図に示したよう
な、より多数のコイル導体を含む構造のものも、容易に
実現できる。

次に、第８図〜第22図は本発明に係る混成集積回路部
品のうち、コイル層２の製造工程を示す図である。この
実施例では、特公昭57ー39521号公報等で知られた積層
化技術による製造工程を説明するが、フォトリソグラフ
ィと称される高精度パターン形成技術やスパッタリン
グ、蒸着、メッキ等の膜形成技術によっても形成でき
る。フォトリソグラフィによる高精度パターン形成技術
やスパッタリング、蒸着、メッキ等の膜形成技術を用い
た場合には、より多層で微細なコイル導体パターンを有
するコイルを形成することができる。

まず、第８図に示すように、基板４の上に間隔を隔て
て磁性層501、502を条状に印刷する。磁性層501、502は
フェライト粉末とバインダと溶媒とを混合した磁性ペー
ストを、スクリーン印刷法によって所定のパターンとな
るように印刷して形成する。

次に、第９図に示すように、磁性層501、502の上に、
コイル導体となる導体212、222、231、241を形成する。
これらの導体は導電ペーストのスクリーン印刷すること
によって形成できる。

次に、第10図に示すように、導体212、222、231、241
の端部を残し、磁性層501ー502間の間隔を覆うように、
磁性層503〜505を形成する。

次に、第11図に示すように、磁性層504の上に、導体2
12、222、231、241の露出している端部に連続するよう
に、コイル導体となる他の導体212、222、231、241を印
刷すると共に、磁性層503の上に導体211、221を、ま
た、磁性層505の上に導体25を印刷する。

次に、第12図に示すように、磁性層503〜505の相互間
に形成されている間隔を埋めるように、磁性層506、507
を印刷する。

次に、第13図に示すように、磁性層503及び磁性層506
の上に、既に形成されている導体211、221と連続するよ
うに、導体211、221を形成すると共に、磁性層504及び
磁性層506の上に、既に形成されている導体212、222と
連続するように、導体212、222を形成し、更に、磁性層
504、507の上に、既に磁性層504に形成されている導体2
31、241に連続するように、導体231、241を形成する。
また、磁性層505及び磁性層507の上に、既に磁性層505
に形成されている導体25と連続するように、導体232、2
42を形成する。導体211と導体212、導体221と導体222、
導体231と導体232及び導体241と導体242は、互いに逆向
きとなるように形成する。

この後も、第14図〜第21図に示すように、上述のコイ
ル導体となる導体（211、212）〜（241、242）を連続さ
せる印刷工程及び磁性層の印刷工程を、必要とする巻回
数に応じて繰返す。第14図〜第21図において、508〜517
は磁性層を示している。

そして、第22図に示すように、所要の巻回数を有して
コイル状に形成された導体（211と212）、（221と22
2）、（231と232）、（241と242）の終端及び始端部間
を、接続部213、223、233、243で導通接続することによ
り、第６図に示したコイルが得られる。

＜発明の効果＞ 以上述べたように、本発明によれば、次のような効果
が得られる。

（ａ）コイルを構成する複数のコイル導体は、同一方向
の磁界を生じるように、互いに接続されているので、１
つのコイルとして見た巻回数が、複数のコイル導体の巻
回数和となり、極めて大きなインダクタンス値を持つコ
イルを有する混成集積回路部品を提供できる。

（ｂ）複数のコイル導体は、巻軸方向に変位する螺旋状
であって、各巻軸が互いの巻径面内に位置するように配
置されているから、占有面積が小さく、小型で、インダ
クタンス値の大きなコイルを有する混成集積回路部品を
提供できる。

（ｃ）複数のコイル導体は、同一の巻軸方向で見た巻き
進み方向が互いに逆になる２つのコイル導体の組合せを
含んでいるから、同一方向の磁界を発生させるための接
続において、一方のコイル導体の終端部と他方のコイル
導体の始端部は、磁性体の内部で同一方向となり、磁性
体の内部で連続させることが極めて容易で、特性の良好
なコイルを有する混成集積回路部品を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る混成集積回路部品の１例を示す平
面図、第２図はその積層構造を示す断面図、第３図は本
発明に係る混成集積回路部品の別の実施例における積層
構造を示す断面図、第４図はコイル層の透視図、第５図
は同じく別の実施例における透視図、第６図及び第７図
は更に具体的な実施例における透視図、第８図〜第22図
は本発明に係る混成集積回路部品の製造工程の１例を示
す図である。 １……コンデンサ層 ２……コイル層 ４……能動集積回路 21〜24……コイル 211、212……コイル導体 221、222……コイル導体 231、232……コイル導体 241、242……コイル導体

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01F 27/00,15/00 H01G 4/40

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】コイル層を含む積層受動複合体と、前記積
   層受動複合体の上に搭載された能動集積回路とを有する
   混成集積回路部品であって、 前記コイル層は、磁性体中に埋設された一つまたは複数
   のコイルを有しており、 前記コイルの少なくとも１つは、複数のコイル導体を含
   み、 前記複数のコイル導体は、巻軸方向に変位する螺旋状で
   あって各巻軸が互いの巻径面内に位置するように配置さ
   れ、同一の巻軸方向で見た巻き進み方向が互いに逆にな
   る２つのコイル導体の組合せを含み、 前記２つのコイル導体は、同一方向の磁界が生じるよう
   に、前記磁性体の内部において、互いに直列に接続され
   ていること を特徴とする混成集積回路部品。
2. 【請求項２】前記積層受動複合体は、前記少なくとも一
   面に抵抗体を有していることを特徴とする請求項１に記
   載の混成集積回路部品。
3. 【請求項３】前記積層受動複合体は、前記コイル層の上
   に積層されたコンデンサ層を含むことを特徴とする請求
   項１または２に記載の混成集積回路部品。