(57)【要約】【課題】渦電流によるオーム損失の低い平面誘導性部品および平面変成器を提供すること。【解決手段】本発明は、第１および第２のスパイラルパターン（１２Ａ， １２Ｂ）を、それぞれ、含有する、少なくとも第１および第２の同心インダクタを有する平面誘導性部品（１１）に関するものである。両スパイラルパターンは、第１の終端点（１３Ａ， １３Ｂ）および第２の終端点（１４Ａ， １４Ｂ）を持ち、電気的に互いに接続し合い、飛び越し配置され、そして、その外側において分断されて、その空隙（１５Ａ， １５Ｂ）の一方の側に２つのコンタクト（１６Ａ， １６Ｂ）を、空隙（１５Ａ， １５Ｂ）の他方の側に２つのコンタクト（１７Ａ， １７Ｂ）を設けられている。それぞれ、第１の２つのコンタクト（１６Ａ， １６Ｂ）、第２の２つのコンタクト（１７Ａ， １７Ｂ）を互いに接続し合うことによって、両スパイラルパターンが、並列に接続される。スパイラルパターン（１２Ａ， １２Ｂ）は、磁気的に結合し、同一の電気的・磁気的性質を持つ。これは、高周波において、渦電流損失の減少に導く。これは、高い最大品質係数Ｑを持つ、高周波動作に適した平面誘導性部品（１１）に帰着する。本発明は、また、本発明による２つの平面誘導性部品を有する平面変成器に関するものである。第１の平面誘導性部品は、その平面変成器の第１の巻き線として利用される。第２の平面誘導性部品は、その平面変成器の第２の巻き線として利用される。高周波における渦電流損失の上述の減少の結果として、その平面変成器は、高周波動作に用いるのに好適である。【選択図】図３
2004538631.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の導電スパイラルパターンおよび第２の導電スパイラルパターンを、それぞれ、含有する、少なくとも第１および第２の同心平面インダクタを有する平面誘導性部品であって、前記第１の導電スパイラルパターンが、第１の終端点および第２の終端点を持ち、前記第２の導電スパイラルパターンが、第１の終端点および第２の終端点を持つ平面誘導性部品において、
前記第１の同心インダクタに属する前記第１の導電スパイラルパターンと、前記第２の同心インダクタに属する前記第２の導電スパイラルパターンとが、飛び越し配置されており、
前記第１の導電スパイラルパターンの前記第１の終端点と前記第２の終端点とが、導電的に互いに接続し合い、前記第１の導電スパイラルパターンが、その外側において分断されて、その分断のいずれか一方の側に第１の導電コンタクトを、他方の側に第２の導電コンタクトを形成しており、
前記第２の導電スパイラルパターンの前記第１の終端点と前記第２の終端点とが、導電的に互いに接続し合い、前記第２の導電スパイラルパターンが、その外側において分断されて、その分断のいずれか一方の側に第１の導電コンタクトを、他方の側に第２の導電コンタクトを形成していることを特徴とする平面誘導性部品。
【請求項２】
前記平面インダクタの各々が、電気絶縁層によって互いに分離された、少なくとも第１の導電スパイラルパターンと第２の導電スパイラルパターンとを有することを特徴とする請求項１に記載の平面誘導性部品。
【請求項３】
少なくとも前記第１の導電スパイラルパターンと前記第２の導電スパイラルパターンとが、バイアによって、導電的に互いに接続し合っていることを特徴とする請求項２に記載の平面誘導性部品。
【請求項４】
前記第１の導電スパイラルパターンの前記第１の導電コンタクトが、前記第２の導電スパイラルパターンの前記第１の導電コンタクトに導電的に接続し、前記第１の導電スパイラルパターンの前記第２の導電コンタクトが、前記第２の導電スパイラルパターンの前記第２の導電コンタクトに導電的に接続して、同一の電気的・磁気的性質を持つ、電気的に互いに接続し合うインダクタのシステムを形成していることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の平面誘導性部品。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の第１の平面誘導性部品および第２の平面誘導性部品を有する平面変成器であって、前記第１の平面誘導性部品と第２の平面誘導性部品とが、電気絶縁層を用いて互いに分離されており、前記第１の平面誘導性部品が、前記平面変成器の第１の巻き線を形成しており、前記第２の平面誘導性部品が、前記平面変成器の第２の巻き線を形成している平面変成器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、第１の導電スパイラルパターンおよび第２の導電スパイラルパターンを、それぞれ、含有する、少なくとも第１および第２の同心平面インダクタを有する平面誘導性部品であって、前記第１の導電スパイラルパターンが、第１の終端点および第２の終端点を持ち、前記第２の導電スパイラルパターンが、第１の終端点および第２の終端点を持つ平面誘導性部品に関するものである。
【０００２】
本発明は、また、第１のそのような平面誘導性部品および第２のそのような平面誘導性部品を有する平面変成器に関するものである。
【０００３】
【従来の技術】
時のたつとともに、エレクトロニクスの集積化が、絶えず縮小する体積の中にますます多くの機能を集積化することを可能にしながら、大いに拡大してきている。この集積化は、例えばアセンブリ技法およびＩＣ技術のような分野でなされる進展によっても可能となっている。例えば移動電話の分野におけるような、通信分野における電子製品に対する要請と結んでＩＣ技術分野でなされている進展は、インダクタや変成器のような平面誘導性部品を用いる集積ＲＦ回路（無線周波数回路）にまで至っている。９００ ＭＨｚ帯および１８００ ＭＨｚ帯のような、例えば、移動電話通信に用いられている周波数帯は、それらの平面誘導性部品を、現存する技術内で、単一の集積回路に他の部品とともに、容易に、かつ、再現性良く製造することを可能にする。
【０００４】
そのような平面誘導性部品に伴う問題は、オーム損失を最小まで減少させることである。高周波において、オーム損失は、急速に増大し、一方、（自己）インダクタンスは、ほとんど変化しない。このことは、例えば、ＲＦ応用のための良好な平面インダクタをつくるのは困難であるということを意味する。一般的に、良好なインダクタは、１０以上の品質係数を持つインダクタとして定義される。これは、インピーダンスの虚数部とインピーダンスの実数部との比が、１０以上であるということを意味する。通例、平面インダクタは、スパイラルパターンにしたがって延在する導電体を有している。
【０００５】
現存する文献から、１〜２ ＧＨｚの範囲の周波数においては、平面磁気インダクタ内の不均質な電流分布が、オーム損失に大きく寄与するということが知られている（例えば、Ｗ．Ｂ． Ｋｕｈｎ， Ｎ．Ｍ． Ｉｂｒａｈｉｍ， “Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｒｏｗｄｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔｓ ｉｎ ｍｕｌｔｉｔｕｒｎ ｓｐｉｒａｌ ｉｎｄｕｃｔｏｒｓ”， ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． ＭＴＴ， Ｖｏｌ． ４９， Ｎｏ． １， ｐｐ． ３１−３８， ２００１が、参照される）。そのようなインダクタの電気的挙動は、根本的には、自己インダクタンスＬＳと抵抗ＲＳとの直列配置を用いて表わすことができる。この直列配置において、ＬＳは、スパイラルパターンのインダクタンスを表わしており、ＲＳは、スパイラルパターンに発生するオーム損失を表わしている。上述の周波数範囲に関しては、オーム損失は、表皮効果による渦電流損失によって大きく決定され、渦電流損失は、スパイラルパターンの平行旋回の相互影響に起因する。
【０００６】
米国特許明細書ＵＳ−Ａ−５，９６６，０６３に、平面誘導性部品の渦電流損失を制限するための解決法が、提案されている。提案されている解決法の基本実施例は、スパイラルパターンにしたがって延在する導電体を持つ平面誘導性部品を有しており、その導電体は、長さ方向に少なくとも２つの部分に分割されている。その結果、ＵＳ−Ａ−５，９６６，０６３に開示されている平面誘導性部品は、少なくとも２つの互い違いに差し込み状態になったスパイラルパターンを有している。最も内側のスパイラルパターンは、最も外側のスパイラルパターンよりも短い長さ、小さい面積しか持っていない。その結果、両方のスパイラルパターンの電気的・磁気的挙動は、互いに異なる。したがって、ＵＳ−Ａ−５，９６６，０６３に記載の解決法は、渦電流によるオーム損失の問題を部分的にしか解決しない。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの目的は、渦電流によるオーム損失の低い平面誘導性部品を提供することである。この目的は、
前記第１の同心インダクタに属する前記第１の導電スパイラルパターンと、前記第２の同心インダクタに属する前記第２の導電スパイラルパターンとが、飛び越し配置されており、
前記第１の導電スパイラルパターンの前記第１の終端点と前記第２の終端点とが、導電的に互いに接続し合い、前記第１の導電スパイラルパターンが、その外側において分断されて、その分断のいずれか一方の側に第１の導電コンタクトを、他方の側に第２の導電コンタクトを形成しており、
前記第２の導電スパイラルパターンの前記第１の終端点と前記第２の終端点とが、導電的に互いに接続し合い、前記第２の導電スパイラルパターンが、その外側において分断されて、その分断のいずれか一方の側に第１の導電コンタクトを、他方の側に第２の導電コンタクトを形成していることを特徴とする本発明による平面誘導性部品を用いて達成される。
【０００８】
第１および第２の平板インダクタは、ともに、スパイラルパターンを有し、同心となっている。これは、それらが、共通の仮想中心を持つことを意味する。
【０００９】
前記第１の同心インダクタに属する前記第１の導電スパイラルパターンと、前記第２の同心平面インダクタに属する前記第２の導電スパイラルパターンとは、飛び越し配置されている。このことは、仮想中心から外縁部に向かって一直線に進むと、第１の導電体と第２の導電体とが、常に、互い違いになるということを意味する。
【００１０】
前記第１の導電スパイラルパターンおよび第２の導電スパイラルパターンは、各々、第１の終端点および第２の終端点を持っている。第１の終端点は、仮想中心に最も近い終端点であり、第２終端点は、仮想中心から最も遠くにある終端点である。
【００１１】
第１および第２の同心平面インダクタのスパイラルパターンは、その外側において分断されている。「その外側において分断されている」とは、スパイラルパターンの外部で、かつ、スパイラルパターンの位置している面内に位置する点から、仮想中心に向かって一直線に進むと、その分断に近づくことができるということを意味している。
【００１２】
第１および第２の同心平面インダクタのスパイラルパターンは、その分断の一方の側に第１の導電コンタクトを、分断の他方の側に第２の導電コンタクトを備えられている。したがって、第１の導電コンタクトと第２の導電コンタクトとの間の電流パスは、第１の同心平面インダクタまたは第２の同心平面インダクタのいずれにおいてもスパイラルパターンの全長を有する。
【００１３】
上述のように設計されたスパイラルパターンの利点は、それらのスパイラルパターンが、同一の磁気的・電気的性質を持つという点にある。
【００１４】
その結果として、電流分布は、均質となる。これは、低オーム損失に帰着する。
【００１５】
このスパイラルパターンを用いるさらなる利点は、それが、最大可能な（自己）インダクタンスを、最小可能な表面積に実現することを可能にするという点にある。
【００１６】
本発明による平面誘導性部品は、例えばシリコン基板上の、ＲＦ回路のような高周波で動作する集積回路に用いるのに極めて適しているけれども、その応用は、それに限定されない。他の可能な応用は、例えば、スイッチモード電源の分野にある。それらのスイッチモード電源に関係する周波数範囲では、例えば、薄膜技術あるいは厚膜技術を用いてセラミック基板上に、そのような平面誘導性部品を実現するのが望ましい。そうでなければ、そのような平面誘導性部品は、ＰＣＢ（プリント回路板）上の回路の一部として実現することができ、その場合には、スパイラルパターンは、例えば銅トラックによって形成される。
【００１７】
用いている技術と両立できるということを条件としてであるが、磁気的性質をさらに改善するために、平面誘導性部品に磁性材料から成る容器部を設けるということも望ましいことである。
【００１８】
さらに、ある技術に採用されているデザインルールが、設計者に対して、例えば互いに４５？あるいは９０？の、角度を含むパターンだけを使用するように制限することも起こり得る。そのような場合には、スパイラルパターンは、外見的に長方形あるいは八角形であってもよい。
【００１９】
本発明による平面誘導性部品のさらなる利点は、それを、平面誘導性部品のアセンブリにおいて基本的な素子として用いることができるということにある。そのようなアセンブリは、平らな平面に配置された、複数の本発明による平面誘導性部品を有する。当該平面誘導性部品を導電的に互いに接続し合うことによって、単一の平面磁性部品の電気的・磁気的性質によって、その電気的・磁気的性質を厳密に決定できる、新規の、複合的な平面誘導性部品が得られる。
【００２０】
本発明による平面誘導性部品の一実施例は、前記平面インダクタの各々が、電気絶縁層によって互いに分離された、少なくとも第１の導電スパイラルパターンと第２の導電スパイラルパターンとを有することを特徴とする。複数の導電スパイラルパターンを用いることによって、平面誘導性部品１１に必要な表面積に限定を置くことが達成される。
【００２１】
本発明による平面誘導性部品のさらなる一実施例は、少なくとも前記第１の導電スパイラルパターンと前記第２の導電スパイラルパターンとが、バイアによって、導電的に互いに接続し合っていることを特徴とする。複数の導電スパイラルパターンを導電的に互いに接続し合うことによって、スパイラルパターンの実効的な区域の増大が、達成される。このことは、（自己）インダクタンスを変化させることなく、直列抵抗の減少化を達成できるという利点を持つ。
【００２２】
本発明による平面誘導性部品のさらなる一実施例は、前記第１の導電スパイラルパターンの前記第１の導電コンタクトが、前記第２の導電スパイラルパターンの前記第１の導電コンタクトに導電的に接続し、前記第１の導電スパイラルパターンの前記第２の導電コンタクトが、前記第２の導電スパイラルパターンの前記第２の導電コンタクトに導電的に接続して、同一の電気的・磁気的性質を持つ、電気的に互いに接続し合うインダクタのシステムを形成していることを特徴とする。このようにして、電気的・磁気的性質から見て同一な、いくつかの並列電流パスに分割されたインダクタが、得られる。その結果として、高周波においても、電流が、電流パス全体に渡って均一に分布する。このことは、インダクタが、良好な高周波性質を持つという利点を持つ。これは、このようにして実現されるインダクタが、１０以上の品質係数を持つことができるということを意味する。
【００２３】
上述においては、主に、平面インダクタに、検討が集中した。平面変成器は、平面インダクタと同じ問題を持っている。既知の平面変成器において、巻き線内の渦電流によるオーム損失は、周波数が増加するにつれて、相当に増加する。それらのオーム損失は、また、高周波における既知の平面変成器の実際の使用を制限する。
【００２４】
本発明は、また、低オーム損失を持つ平面変成器を提供するように意図されている。本発明による平面変成器は、本発明による第１の平面誘導性部品および本発明による第２の平面誘導性部品を有し、前記第１の平面誘導性部品とさらなる平面誘導性部品とが、電気絶縁層を用いて分離されており、前記第１の平面誘導性部品が、前記変成器の第１の巻き線を形成しており、前記第２の平面誘導性部品が、前記変成器の第２の巻き線を形成している。このようにして実現された平面変成器は、第１の巻き線および第２の巻き線において、電流が、第１の平面誘導性部品の同心平面インダクタのスパイラルパターン全体に渡っても均一に分布し、また、第２の平面誘導性部品の同心インダクタのスパイラルパターン全体に渡っても均一に分布するという利点を持つ。これは、高周波において、低オーム損失に帰着する。その結果として、高周波動作に適した、良好な平面変成器が、このようにして達成される。
【００２５】
本発明による平面変成器は、高周波動作用の集積回路に用いることができるだけではない。それは、例えば、スイッチモード電源の分野でも用いることができる。当該スイッチモード電源に関係する周波数範囲では、例えば、薄膜技術あるいは厚膜技術を使用して、セラミック基板上にそのような平面変成器を実現するのが望ましい。そうでなければ、そのような平面変成器は、ＰＣＢ上の回路の一部として実現することができ、その場合には、スパイラルパターンは、例えば銅トラックなどによって形成される。
【００２６】
用いている技術と両立できるということを条件としてであるが、磁気的性質を改善するために、平面変成器に磁性材料から成る容器部を設けるということも望ましいことである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明のこれらの、そして、他の観点が、以下に記載の実施例から明白になり、また、それらに関連して解明される。
【００２８】
図において、同等の部分には、同等の参照番号が付される。
【００２９】
図１Ａは、現在到達し得る最先端の技術水準による平面インダクタの１具体例を、概略的に示している。この具体例において、平面インダクタ１は、ベース材料または基板の電気絶縁層上に設けられた導電体材料から成るスパイラルパターン２を有している。スパイラルパターン２は、スパイラルパターン２の仮想中心に最も近い第１の終端点３、および、スパイラルパターン２の仮想中心から最も遠くにある第２の終端点４を持っている。第１の終端点３および第２の終端点４の位置において、平面インダクタ１は、平面インダクタ１を有している回路のさらなる部品と導電的にコンタクトしている。
【００３０】
図１Ｂは、図１Ａに示されている平面インダクタ１の実施例の電気的等価回路図５を示している。当該電気的等価回路図５は、抵抗ＲＳと直列に配置された自己インダクタンスＬＳを有する１ゲート素子である。ＬＳは、スパイラルパターンの自己インダクタンスを表わしており、ＲＳは、スパイラルパターンに発生するオーム損失を表わしている。ＲＳの抵抗特性は、周波数依存性を持っている。現存する文献から、１〜２ ＧＨｚの範囲の周波数において、平面磁気インダクタ内の不均質な電流分布が、オーム損失に大きく寄与するということが知られている（例えば、Ｗ．Ｂ． Ｋｕｈｎ， Ｎ．Ｍ． Ｉｂｒａｈｉｍ， “Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｒｏｗｄｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔｓ ｉｎ ｍｕｌｔｉｔｕｒｎ ｓｐｉｒａｌ ｉｎｄｕｃｔｏｒｓ”， ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． ＭＴＴ， Ｖｏｌ． ４９， Ｎｏ． １， ｐｐ． ３１−３８， ２００１が、参照される）。この周波数範囲では、オーム損失は、主に、表皮効果による渦電流損失によって決定され、渦電流損失は、スパイラルパターンの平行旋回の相互影響に起因する。
【００３１】
図２Ａは、現在到達し得る最先端の技術水準による、平面インダクタ６の別の具体例を概略的に示している。この具体例は、渦電流損失によるオーム損失を減少させるために、米国特許明細書ＵＳ−Ａ−５，９６６，０６３で提案された解決法に関するものである。この具体例における平面インダクタ６は、電気絶縁基板上に設けられた導電材料から成るスパイラルパターン７を含有している。スパイラルパターン７は、第１の外側部分７Ａと第２の内側部分７Ｂとに、長さ方向に分割されている。スパイラルパターン７の両部分７Ａと ７Ｂとは、同心となっており、スパイラルパターン７の仮想中心の最も近くに位置する第１の共通終端点８、および、スパイラルパターン７の仮想中心から最も遠くにある第２の共通終端点９を持っている。スパイラルパターン７の内側部分７Ｂは、外側部分７Ａよりも短い長さ、小さい表面積しか持っていない。用語「同心」は、両スパイラルパターン７Ａ， ７Ｂが共通仮想中心を持っているということを意味していると取られるべきである。
【００３２】
図２Ｂは、図２Ａに示されている平面インダクタの具体例の電気的等価回路図１０を示している。当該電気的等価回路図１０は、２つの並列枝を有する１ゲート素子である。第１の並列枝は、抵抗ＲＳ１と直列に配置された第１の自己インダクタンスＬＳ１を有している。第２の並列枝は、抵抗ＲＳ２と直列に配置された第２の自己インダクタンスＬＳ２を有している。第１の並列枝は、図２Ａに示されているスパイラルパターン７の外側部分７Ａの電気的・磁気的挙動を表わしている。第２の並列枝は、図２Ａに示されているスパイラルパターン７の内側部分７Ｂの電気的・磁気的挙動を表わしている。スパイラルパターン７の両部分７Ａ， ７Ｂの間隔は、密であるから、それらは、互いに影響し合う。この磁気結合は、電気的等価回路図１０で、ＬＳ１とＬＳ２との間の結合ｃを用いて表わされている。
【００３３】
低周波においては、両枝の電流の比は、抵抗ＲＳ１と ＲＳ２との比によって決定される。２つのインダクタ間に何らの結合ｃもないのであれば、そのときには、高周波において、両インダクタを流れる電流の比は、自己インダクタンスＬＳ１とＬＳ２との比によって決定されるであろう。平面インダクタ６では、図２Ａに示すように、ＬＳ１とＬＳ２との間に、大きな結合ｃが存在する、即ち、ｃ ＆＃１８７； １である。ＲＳ１とＲＳ２とが等しければ、高周波において、かつ、ＬＳ１とＬＳ２との差があまり大きくない場合には、全インピーダンスＺの実数部は、次の関係式によってほぼ与え得ることを導出することができる。
2004538631.tif 000003
【００３４】
ＬＳ１とＬＳ２との差が、もっと大きく、次の関係式を満たすときには、
2004538631.tif 000004
磁気結合が、高周波において、最も大きな自己インダクタンスを持つスパイラルパターンに電流反転を起こさせる。
【００３５】
上述の挙動は、スパイラルパターン７Ａ， ７Ｂの幅が、平面インダクタ６において、インダクタ６の端から端までの直径の２〜１０ ％に達すると、重要なふるまいを演じる。計算は、スパイラルパターン７Ｂの電流の方が、スパイラルパターン７Ａの電流よりも、自己インダクタンスの影響を受けにくいということを示している。また、スパイラルパターン７Ａ， ７Ｂの端における電流の方が、導電体の中心およびその近傍における電流よりも、自己インダクタンスの影響を受けにくいということも、証明することができる。
【００３６】
これらの場合において、強い結合が、電流パス間に存在する。スパイラルパターン７Ａ， ７Ｂの幅に応じて、平面インダクタ６のインピーダンスの実数部に相当な増加が、発生することがある。スパイラルパターン７Ａ， ７Ｂの幅を減少させることによって、それらのスパイラルパターン間の自己インダクタンスの差を減少させることは、しかしながら、低周波における抵抗の増加に導き、したがって、それは、品質係数Ｑの減少に導くから、満足できる解決法ではない。
【００３７】
図３Ａは、本発明による平面誘導性部品の一実施例を概略的に示している。図２Ａを参照して前述した公知の平面インダクタ６と同様に、本発明による平面誘導性部品１１の本実施例は、２つの同心導電体を有している。両同心導電体は、スパイラルパターン、即ち、第１の同心導電体に属する第１のスパイラルパターン１２Ａ、および、第２の同心導電体に属する第２のスパイラルパターン１２Ｂを有している。スパイラルパターン１２Ａおよび １２Ｂは、導電材料から成り、それらは、それぞれ、第１の終端点１３Ａおよび １３Ｂ、および、第２の終端点１４Ａおよび １４Ｂを有しており、そして、それらは、電気絶縁基板上に設けられている。公知の平面インダクタ６と誘導性部品１１との重大な違いは、スパイラルパターン１２Ａと１２Ｂとが飛び越し配置になっているということにある。このことは、仮想中心から外縁部に向かって一直線に進むと、第１のスパイラルパターン１２Ａと第２のスパイラルパターン１２Ｂとが、常に、互い違いになるということを意味する。さらに、スパイラルパターン１２Ａ， １２Ｂのそれぞれにおいて、第１の終端点１３Ａ， １３Ｂは、第２の終端点１４Ａ， １４Ｂに導電的に接続している。また、スパイラルパターン１２Ａ， １２Ｂのそれぞれは、その外側において分断されている。この分断は、分断１５Ａ， １５Ｂのそれぞれの一方の側に、第１の導電コンタクト１６Ａ， １６Ｂをそれぞれ形成し、分断１５Ａ， １５Ｂのそれぞれの他方の側に、第２の導電コンタクト１７Ａ， １７Ｂをそれぞれ形成することに利用される。図３Ａにおいて、スパイラルパターン１２Ａの第１の導電コンタクト１６Ａおよび第２の導電コンタクト１７Ａは、スパイラルパターン１２Ｂの第１の導電コンタクト１６Ｂおよび第２の導電コンタクト１７Ｂの下に位置している。したがって、それぞれ、第１の導電コンタクト１６Ａ， １６Ｂと第２の導電コンタクト１７Ａ， １７Ｂとの間の電流パスは、第１または第２の同心平面インダクタそれぞれのスパイラルパターン１２Ａまたは１２Ｂの全長を有している。その結果、本発明による誘導性部品１１の両同心インダクタの電気的・磁気的性質は、同一になる。
【００３８】
図３Ｂは、図３Ａに示されている平面誘導性部品の実施例の電気的等価回路図１８を示している。図３Ａに示されている実施例では、スパイラルパターン１２Ａの第１の導電コンタクト１６Ａが、スパイラルパターン１２Ｂの第１の導電コンタクト１６Ｂに導電的に接続されている。さらに、スパイラルパターン１２Ａの第２の導電コンタクト１７Ａが、スパイラルパターン１２Ｂの第２の導電コンタクト１７Ｂに導電的に接続されている。このようにして、誘導性部品の両同心インダクタは、並列接続されている。
【００３９】
電気的等価回路図１８は、２つの同一の並列枝を有する１ゲート素子である。上に検討したように、図３Ａに示されている両スパイラルパターン１２Ａ， １２Ｂは、それらの電気的・磁気的挙動に関して同一である。電気的等価回路図１８の両並列枝は、抵抗ＲＳ３と直列に配置された自己インダクタンスＬＳ３を有している。並列枝のそれぞれは、図３Ａに示されているスパイラルパターン１２Ａ， １２Ｂの１つの電気的・磁気的挙動を表わしている。両スパイラルパターン１２Ａ， １２Ｂの間隔は、密であるから、それらは、互いに影響し合う。この磁気結合は、電気的等価回路図１８で、２つの自己インダクタンスＬＳ３間の結合ｃ１を用いて示されている。
【００４０】
図４は、本発明による平面誘導性部品（この場合は、平面インダクタ）の一実施例に対して計算された品質係数Ｑの改善を、グラフ上で示している。当該平面インダクタは、４ ｎＨの自己インダクタンスおよび３００ μｍの直径を持っている。片対数目盛りで、横軸に沿ってｎがプロットされ、縦軸に沿って最大到達可能な品質係数Ｑｍａｘがプロットされている。ｎは、平面誘導性部品が作り上げられる、並列配置され、また、飛び越し配置された同心インダクタの個数である。グラフは、ｎ、即ち、スパイラルパターン１２の個数が増加すると、Ｑｍａｘの相当の改善が得られるということを示している。ｎ ＝ １で、Ｑｍａｘは１１．６であり、ｎ ＝ ３２では、Ｑｍａｘは、１９．４まで増加している。図４のグラフは、また、ｎ ＝ １からｎ ＝ ２の段階において最大の改善が達成されるということを示しており、これは、本発明の有益な効果の明白な一実例である。
【００４１】
図５Ａは、本発明による平面誘導性部品１１の一実施例の概略的な断面図である。本実施例は、第１および第２の同心で、飛び越し配置された平面インダクタを有している。第１の同心平面インダクタは、第１のスパイラルパターン１９Ａおよび第２のスパイラルパターン１９Ｂを有している。第２の平面インダクタは、第１のスパイラルパターン２０Ａおよび第２のスパイラルパターン２０Ｂを有している。スパイラルパターン１９Ａ， １９Ｂ， ２０Ａ， ２０Ｂは、導電材料から成っている。第１のスパイラルパターン１９Ａ， ２０Ａは、基板２１の上に設けられている。第１のスパイラルパターン１９Ａ， ２０Ａと第２のスパイラルパターン１９Ｂ， ２０Ｂとは、第１の電気絶縁層２２Ａによって、互いに分離されている。さらに、第２のスパイラルパターン１９Ｂ， ２０Ｂの上に設けられた第２の電気絶縁層２２Ｂが、示されている。円２３， ２４は、電流方向を指示している。電流方向は、断面に直交している。中心に小点を持つ円２３は、電流が読者に向かって流れ入るということを指示している。中心に×印を持つ円２４は、電流が読者から流れ出るということを指示している。第１のスパイラルパターン１９Ａ， ２０Ａおよび第２のスパイラルパターン１９Ｂ， ２０Ｂを用いることによって、平面誘導性部品１１に必要な表面積に限定を置くことが達成される。本実施例は、特に、集積回路での使用に適している。
【００４２】
図５Ｂは、本発明による平面誘導性部品１１のさらなる一実施例の概略的な断面図である。本実施例は、図５Ａに示される実施例と同様である。図５Ａに示される実施例のように、同心で、飛び越し配置された平面インダクタが、第１のスパイラルパターン１９Ａ， ２０Ａおよび第２のスパイラルパターン１９Ｂ， ２０Ｂを有している。本実施例は、例えば両面に導電性の薄膜材料あるいは厚膜材料が設けられているセラミック基板を用いた、薄膜技術あるいは厚膜技術における使用に非常に適している。本実施例は、また、両面に、例えば銅のような、導電層が設けられているプリント回路板への使用にも極めて適している。図５Ａに示される実施例に対する相違は、基板２１が、支持体としてだけではなく、電気絶縁層としても利用されているという点にある。
【００４３】
図６Ａは、本発明による平面誘導性部品１１のさらなる一実施例の概略的な断面図である。本実施例は、図５Ａに示される実施例と同様である。図５Ａに示される実施例のように、同心で、飛び越し配置された平面インダクタが、第１のスパイラルパターン１９Ａ， ２０Ａおよび第２のスパイラルパターン１９Ｂ， ２０Ｂを有している。
【００４４】
図５Ａに示される実施例に対する際立った相違は、第１のスパイラルパターン１９Ａ， ２０Ａが、バイア２５を用いて、第２のスパイラルパターン１９Ｂ， ２０Ｂに導電的に接続されているという点にある。第１のスパイラルパターン１９Ａ， ２０Ａを、第２のスパイラルパターン１９Ｂ， ２０Ｂに導電的に接続することによって、２つの同心で、飛び越し配置された平面インダクタの実効的な断面の増加が、達成される。これは、自己インダクタンスを変化させることなく、同時に、直列抵抗の減少を達成できるという利点を持つ。本発明による平面誘導性部品を実現するために用いることのできる標準的な技術において、導電層の厚さは、あらかじめ定められており、一方、それらの技術は、一般的に、複数の導電層を、それらが互いに電気的に絶縁するように積層することを可能にするから、このようにして直列抵抗の減少を達成することは、価値のあることである。そうであれば、それらの導電層は、バイア２５によって電気的に導通するように互いに接続し合うことができる。
【００４５】
図６Ｂは、本発明による平面誘導性部品１１のさらなる一実施例の概略的な断面図である。本実施例は、図６Ａに示される実施例と同様である。図６Ａに示される実施例のように、同心で、飛び越し配置された平面インダクタが、第１のスパイラルパターン１９Ａ， ２０Ａおよび第２のスパイラルパターン１９Ｂ， ２０Ｂを有している。本実施例は、例えば両面に導電性の薄膜材料あるいは厚膜材料が設けられているセラミック基板を用いた、薄膜技術あるいは厚膜技術における使用に特に適している。本実施例は、また、両面に、例えば銅のような、導電層が設けられているプリント回路板への使用にも極めて適している。図６Ａに示される実施例に対する相違は、基板２１が、支持体としてだけではなく、電気絶縁層としても利用されているという点にある。
【００４６】
図６Ｃは、本発明による平面誘導性部品１１のさらなる一実施例の概略的な断面図である。本実施例は、図６Ｂに示される実施例と同様である。際立った相違は、平面誘導性部品に、磁性材料から成る容器部２６が設けられているということにある。容器部２６は、第１の部分２６Ａおよび第２の部分２６Ｂを有している。用いている技術が、磁性材料の容器部の利用を可能にしている場合には、当該容器部は、平面誘導性部品１１が改良された磁気特性を持つという利点を持つ。実際、これは、より高い品質係数Ｑに導く。実利的な理由のために、例えば、大量生産における再現性を増大させるために、第１の部分２６Ａと第２の部分２６Ｂとの間に、わずかの、明確な空隙２７を設けることは、有用なことである。
【００４７】
図７は、本発明による平面誘導性部品の２つの実施例を含む、平面インダクタの３つの具体例を有する集積回路のデザイン２８の一部を示している。デザイン２８は、現在到達し得る最先端の技術水準による平面インダクタの１具体例２９と、２つの同心で、飛び越し配置されたスパイラルパターンを持つ、本発明による平面誘導性部品の一実施例３０と、４つの同心で、飛び越し配置されたスパイラルパターンを持つ、本発明による平面誘導性部品の一実施例３１と、を有している。他の点に関しては、そのデザイン中の３つの実施例２９， ３０， ３１は、できるだけ同一になるように設計されている。デザイン２８は、本発明による平面誘導性部品３０， ３１の高周波における改善された挙動と、現在到達し得る最先端の技術水準による平面インダクタ２９の高周波における挙動とを比較する態様を提示している。
【００４８】
図８は、図７に示されている平面インダクタの周波数の関数として測定された品質係数を示している。曲線２９Ａは、現在到達し得る最先端の技術水準による平面インダクタの実施例２９の周波数の関数として測定された品質係数Ｑを示している。曲線２９Ａの最大値は、１１．３である。曲線３０Ａは、本発明による平面誘導性部品の実施例３０の周波数の関数として測定されたＱを示している。曲線３０Ａの最大値は、１２．８である。曲線３１Ａは、本発明による平面誘導性部品の実施例３１の周波数の関数として測定されたＱを示している。曲線３１Ａの最大値は、１５．８である。
【００４９】
Ｑｍａｘの測定された改善量は、わずかに、Ｑｍａｘの計算された改善量以下である。デザイン２８において、１つのスパイラルパターンあるいは２つの飛び越し配置されたスパイラルパターンの導電材料間の間隔は、実施例２９， ３０， ３１で同じではない。現在到達し得る最先端の技術水準による平面インダクタの具体例２９においては、この間隔は、２つの同心で、飛び越し配置されたスパイラルパターンを有する、本発明による平面誘導性部品の実施例３０におけるよりも大きく、一方、当該実施例３０においては、この間隔は、４つの同心で、飛び越し配置されたスパイラルパターンを有する、本発明による平面誘導性部品の実施例３１におけるよりも大きい。当該間隔が小さくなればなるほど、旋回間の寄生容量は、より大きくなる。当該寄生容量の増加が、Ｑｍａｘの測定された改善量を、わずかに、Ｑｍａｘの計算された改善量以下とする。
【００５０】
図９Ａは、本発明による平面変成器３２の一実施例の概略的な断面図である。本実施例は、本発明による第１の平面誘導性部品３３、および、本発明による第２の平面誘導性部品３４を有している。第１の平面誘導性部品３３および第２の平面誘導性部品３４の主面は、互いに平行に延在している。第１の平面誘導性部品３３および第２の平面誘導性部品３４の仮想中心は、両主面に直交する軸３５上に位置する。第１の平面誘導性部品３３は、基板２１上に設けられている。第１の平面誘導性部品３３と第２の平面誘導性部品３４とは、絶縁層２２Ｂの１つによって、互いに分離し合っている。上述の構成上の違いは別として、両平面誘導性部品は、図６Ａに示されている誘導性部品を同じようにして作り上げられている。第１の平面誘導性部品３３は、変成器３２の第１の巻き線を形成している。第２の平面誘導性部品３４は、変成器３２の第２の巻き線を形成している。
【００５１】
第１の平面誘導性部品３３と第２の平面誘導性部品３４とを、互いに対して相関的に置くことによって、相互磁気結合の最大化が達成される。このようにして実現された平面変成器の利点は、第１の巻き線においても第２の巻き線においても、電流が、第１の平面誘導性部品３３のスパイラルパターン上でも均一に分布し、また、第２の平面誘導性部品３４のスパイラルパターン上でも均一に分布するということである。上に説明したように、この均質な電流分布は、高周波において低オーム損失に帰着する。したがって、平面変成器３２は、高周波動作に極めて適している。
【００５２】
図９Ｂは、本発明による平面変成器３２のさらなる一実施例の概略的な断面図である。本実施例は、図９Ａに示される実施例と同様である。それは、第１の平面誘導性部品３３および第２の平面誘導性部品３４の主面に平行に延在する基板２１が、その第１の平面誘導性部品と第２の平面誘導性部品との間に位置し、したがって、支持体としてだけではなく、電気絶縁層としても利用されているという点で、図９Ａに示される実施例と異なる。図９Ａに示される実施例は、特に、集積回路での利用に適しており、一方、図９Ｂに示される実施例は、特に、例えばスイッチモード電源の分野での利用に適している。スイッチモード電源に関係する周波数範囲では、例えば両面に導電性の薄膜材料あるいは厚膜材料が設けられているセラミック基板２１を用いた、薄膜技術あるいは厚膜技術を使用して、そのような平面変成器を実現するのが望ましい。本実施例は、また、両面に、例えば銅などの、導電層が設けられているプリント回路板への使用にも極めて適している。
【００５３】
図９Ｃは、本発明による平面変成器３２のさらなる一実施例の概略的な断面図である。本実施例は、図９Ｂに示される実施例と同様である。図９Ｂの実施例に対して際立った相違は、平面変成器に、磁性材料から成る容器部２６が設けられているという点にある。その容器部は、第１の部分２６Ａおよび第２の部分２６Ｂを有している。その利用が、用いている技術と両立する利用であれば、磁性材料から成る容器部を使用することは、第１の平面誘導性部品３３によって形成される第１の巻き線と、誘導性部品３４によって形成される第２の巻き線との間の磁気結合が改善されるという利点を持つ。実利的な理由のために、例えば、大量生産における再現性を増大させるために、第１の部分２６Ａと第２の部分２６Ｂとの間に、わずかの、明確な空隙２７を設けることは、有用なことである。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】従来技術による平面インダクタを示す。
【図１Ｂ】その電気的等価回路図を示す。
【図２Ａ】現在到達し得る最先端の技術水準による平面インダクタを示す。
【図２Ｂ】その電気的等価回路図を示す
【図３Ａ】本発明による平面誘導性部品の一実施例を示す。
【図３Ｂ】その電気的等価回路図を示す。
【図４】図３の平面誘導性部品に対して計算された品質係数の改善量を示しているグラフを示す。
【図５Ａ】本発明による平面誘導性部品の一実施例の概略的な断面図である。
【図５Ｂ】さらなる一実施例の概略的な断面図である。
【図６Ａ】本発明による平面誘導性部品の別のさらなる実施例の概略的な断面図である。
【図６Ｂ】本発明による平面誘導性部品の別のさらなる実施例の概略的な断面図である。
【図６Ｃ】本発明による平面誘導性部品の別のさらなる実施例の概略的な断面図である。
【図７】本発明による平面誘導性部品の２つの実施例を含む、３つの平面インダクタを有する集積回路デザインの一部を示す。
【図８】図７の平面インダクタの周波数の関数として測定された品質係数を示す。
【図９Ａ】本発明による平面変成器の一実施例の概略的な断面図である。
【図９Ｂ】さらなる一実施例の概略的な断面図である。
【図９Ｃ】別のさらなる一実施例の概略的な断面図である。
【符号の説明】
１１  平面誘導性部品
１２Ａ， １９Ａ， １９Ｂ  第１のスパイラルパターン
１２Ｂ， ２０Ａ， ２０Ｂ  第２のスパイラルパターン
１３Ａ， １３Ｂ  第１の終端点
１４Ａ， １４Ｂ  第２の終端点
１５Ａ， １５Ｂ  空隙
１６Ａ， １６Ｂ  第１のコンタクト
１７Ａ， １７Ｂ  第２のコンタクト
２１  基板
２２Ａ  第１の電気絶縁層
２２Ｂ  第２の電気絶縁層
２５  バイア
２６  容器部
３２  平面変成器
３３  第１の平面誘導性部品
３４  第２の平面誘導性部品
【図１Ａ】
2004538631.tif 000005
【図１Ｂ】
2004538631.tif 000006
【図２Ａ】
2004538631.tif 000007
【図２Ｂ】
2004538631.tif 000008
【図３Ａ】
2004538631.tif 000009
【図３Ｂ】
2004538631.tif 000010
【図４】
2004538631.tif 000011
【図５Ａ】
2004538631.tif 000012
【図５Ｂ】
2004538631.tif 000013
【図６Ａ】
2004538631.tif 000014
【図６Ｂ】
2004538631.tif 000015
【図６Ｃ】
2004538631.tif 000016
【図７】
2004538631.tif 000017
【図８】
2004538631.tif 000018
【図９Ａ】
2004538631.tif 000019
【図９Ｂ】
2004538631.tif 000020
【図９Ｃ】
2004538631.tif 000021
【国際公開パンフレット】
2004538631.tif 000022
2004538631.tif 000023
2004538631.tif 000024
2004538631.tif 000025
2004538631.tif 000026
2004538631.tif 000027
2004538631.tif 000028
2004538631.tif 000029
2004538631.tif 000030
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【国際調査報告】
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2004538631.tif 000052