(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面外構造を形成する方法であって、
固有の応力プロファイルを有する弾性材料の層を、基板に被着するステップと、
前記弾性材料の層をフォトリソグラフィによってパターン化して少なくとも２つの間隔をおいて配置される弾性部材とするステップと、
前記２つの弾性部材を接合するつなぎ層を形成するステップと、
前記各弾性部材の自由端部および前記つなぎ層を前記基板からはく離し、前記各弾性部材のアンカー部分を前記基板に固定したまま保持するように、前記弾性部材および前記つなぎ層の下において、前記基板の一部をアンダカットエッチングするステップと、
を備え、
前記各弾性部材の前記固有の応力プロファイルによって前記部材の前記自由端部は前記基板から傾向されて離され、前記少なくとも２つの弾性部材によって環状巻線が形成され、
前記自由端部がはく離されると、前記少なくとも２つの弾性部材と交差する前記つなぎ層によって、相互に関して間隔をおいて配置される前記少なくとも２つの弾性部材の位置が保持され、
前記弾性部材は導電性材料から形成され、前記つなぎ層は非導電性材料から形成され、
前記弾性部材は複数のパーフォレーションを含む、
ことを特徴とする平面外構造を形成する方法。
【請求項２】
平面外構造であって、
基板と、
それぞれが前記基板に固定されるアンカー部分と指状部と自由端部とを含み、間隔をおいて配置される少なくとも２つの弾性部材であって、
前記自由端部および前記指状部は最初は前記基板に固定されるが、前記基板からはく離されて前記基板から分離される状態となり、前記弾性部材の固有の応力プロファイルによって前記自由端部は前記基板から傾向されて離され、環状巻線を形成する弾性部材と、
前記弾性部材を接合するつなぎ層であって、相互に関して間隔をおいて配置される前記指状部の位置を保持するつなぎ層と、
を有し、
前記弾性部材は導電性材料から形成され、前記つなぎ層は非導電性材料から形成され、
前記弾性部材は複数のパーフォレーションを含む、
ことを特徴とする平面外構造。
【請求項３】
平面外構造であって、
基板と、
それぞれが前記基板に固定される第１アンカー部分と指状部と前記基板に固定される第２アンカー部分とを含み、間隔をおいて配置される少なくとも２つの弾性部材であって、
前記第２アンカー部分および指状部は最初は前記基板に固定されるが、前記基板からはく離されて前記基板から分離される状態となり、前記弾性部材の固有の応力プロファイルによって前記第２アンカー部分は前記基板から傾向されて離され、環状巻線を形成し、前記第２アンカー部分は前記基板と接触される弾性部材と、
前記少なくとも２つの弾性部材を接合するつなぎ層であって、相互に関して間隔をおいて配置される前記指状部の位置を保持するつなぎ層と、
を備え、
前記弾性部材は導電性材料から形成され、前記つなぎ層は非導電性材料から形成され、
前記弾性部材は複数のパーフォレーションを含み、
前記弾性部材の第１アンカー部分は隣接する弾性部材の第２アンカー部分と接続される、ことを特徴とする平面外構造。
【請求項４】
基板と、
前記基板上に形成され、少なくとも１つのリアクタンス要素を有する回路と、
を備えるデバイスであって、
前記リアクタンス要素は、少なくとも１つの平面外構造を含み、
前記平面外構造は、それぞれが前記基板に固定されるアンカー部分と指状部と前記基板から離れて配置される自由端部とを有し、間隔をおいて配置される少なくとも２つの弾性部材を含み、前記自由端部および前記指状部は最初は前記基板に固定されるが、前記基板からはく離されて前記基板から分離される状態となり、前記弾性部材の固有の応力プロファイルによって前記自由端部は傾向されて前記基板から離れ、前記少なくとも２つの弾性部材によって環状巻線が形成され、
前記平面外構造は、さらに、
前記少なくとも２つの弾性部材を接合するつなぎ層を含み、前記つなぎ層によって、相互に関して間隔をおいて配置される前記指状部の位置が保持され、
前記弾性部材は導電性材料から形成され、前記弾性部材は複数のパーフォレーションを含み、前記つなぎ層は非導電性材料から形成される、ことを特徴とするデバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、広くは集積回路、集積回路基板、および他の装置において用いられるフォトリソグラフィによってパターン化された、平面外マイクロデバイス構造、ならびにそのような構造の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
平面外コイル構造において、コイル軸は、基板面に対して、垂直にではなく、平行に配置される。平面外コイル構造は、基板と弾性部材とを備え、弾性部材は、基板に固定される第１アンカー部分と環状巻線と基板に接続される第２アンカー部分とを有する。第２アンカー部分と環状巻線とは、最初は基板に固定されるが、基板からはく離されて基板から分離される状態となる。弾性部材の固有の応力プロファイルによって、第２アンカー部分は傾向させられて基板から離され、環状巻線を形成し、その結果、第２アンカー部分が基板と接触させられる。得られるコイル構造は、基板の平面外である。環状巻線は、複数の巻数を含むこともできる。
【０００３】
種々の技術を用いて、第２アンカー部分を弾性部材のはく離開始点から、接線方向または軸方向のどちらかに離して位置決めすることができる。第２アンカー部分がはく離開始点から接線方向に離れて位置決めされる場合、環状巻線は、大体、歪められた円形の形状であり、すなわち、第２アンカー部分は第１アンカー部分と同じ垂直面において基板と接触する。種々の技術を用いて、第２アンカー部分をはく離開始点から接線方向に離して位置決めすることができる。たとえば、機械的停止具を基板の所望の位置に固定して、第２アンカー点が基板から分離されると同時に第２アンカー点を捕捉することができる。また、弾性部材の曲率半径を、たとえば、弾性部材の一部にロード層を付加することによって、または弾性部材の一部に１つ以上の開口部またはパーフォレーションをパターン化することによって、変更することができる。
【０００４】
種々の技術を用いて、第２アンカー部分を基板に接続することができる。たとえば、第２アンカー部分を基板にはんだ付またはメッキすることができる。各アンカー部分は、基板に付加される金属接触パッドに付加して、回路内の他の要素に電気接続することができる。弾性部材は、導電性材料で形成されることが好ましい。あるいは、導電性金属、たとえば金、銅、または銀の層を、内面、外面、または両面に形成することができる。
【０００５】
平面外コイルを形成する別の方法は、弾性部材からなる対の半環状体を閉じることを基礎としている。対の半環状体がはく離されると、互いに概ね整合され、たとえばメッキまたははんだ付のどちらかによって一体として接続することのみが必要とされる。環状体の半分体は、同じ長さである必要はない。片方が他方より長いことによって、部分的に重ね合わせることが容易になる。異なるはく離材料を各環状体の半分体の下に用いて、環状体の半分体を逐次にはく離することができる。
【０００６】
平面外構造の生成における１つの難点は、環状体を形成するために用いられる弾性部材は、平面外構造がはく離される場合、流体力学張力および表面張力によって、ひだになったり拡大されたりしないことを保証することである。水性はく離と、はく離された弾性部材の乾燥とによって、空気−流体界面により剛性の不十分な指状部が四方に引っ張られ互いに固着されることが観察されている。はく離される弾性部材が長いほどまた狭いほど、問題は大きい。はく離される弾性部材が絡み合う場合、関連する欠陥が発生する。他の難点は、はく離される弾性部材の自由端部がその後の電気鋳造のため機械接点を作る場合、その自由端部に対して十分な面積を提供することである。さらに他の難点は、コイルの直径、およびたとえばコイルのインダクタンスを数パーセントの許容限界内に維持するため、金属被着段階において応力パラメータを校正して維持することである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、コイルなどとして用いることができる環状巻線を含む平面外構造の歩留まりを改善する方法および構造を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、平面外構造を形成する方法であって、固有の応力プロファイルを有する弾性材料の層を、基板に被着するステップと、前記弾性部材の層をフォトリソグラフィによってパターン化して少なくとも２つの間隔をおいて配置される弾性部材とするステップと、前記２つの弾性部材を接合するつなぎ層を形成するステップと、各前記弾性部材の自由端部および前記つなぎ層を前記基板からはく離し、各前記弾性部材のアンカー部分を前記基板に固定したまま保持するように、前記弾性部材および前記つなぎ層の下において、前記基板の一部をアンダカットエッチングするステップと、を備え、各前記弾性部材の前記固有の応力プロファイルによって前記部材の前記自由端部は前記基板から傾向されて離され、ばねを形成し、前記自由端部がはく離されると、前記弾性部材と交差する前記つなぎ層によって、相互に関して間隔をおいて配置される前記ばねの位置が保持される、平面外構造を形成する方法である。
【０００９】
請求項２に係る発明は、平面外構造であって、基板と、それぞれが前記基板に固定されるアンカー部分とばねと前記基板から離れて配置される自由端部とを含み、間隔をおいて配置される少なくとも２つの弾性部材であって、前記自由端部および前記ばねは最初は前記基板に固定されるが、前記基板からはく離されて前記基板から分離される状態となり、前記弾性部材の固有の応力プロファイルによって前記自由端部は前記基板から傾向されて離され、前記ばねを形成する弾性部材と、前記弾性部材を接合するつなぎ層であって、前記つなぎ層によって、相互に関して間隔をおいて配置される前記ばねの位置が保持されるつなぎ層と、を有する、平面外構造である。
【００１０】
請求項３に係る発明は、平面外構造であって、基板と、それぞれが前記基板に固定される第１アンカー部分と環状巻線と前記基板に固定される第２アンカー部分とを含み、間隔をおいて配置される少なくとも２つの弾性部材であって、前記第２アンカー部分および環状巻線は最初は前記基板に固定されるが、前記基板からはく離されて前記基板から分離される状態となり、前記弾性部材の固有の応力プロファイルによって前記第２アンカー部分は前記基板から傾向されて離され、環状巻線を形成し、その結果、前記第２アンカー部分は前記基板と接触される弾性部材と、前記少なくとも２つの弾性部材を接合するつなぎ層であって、前記つなぎ層によって、相互に関して間隔をおいて配置される前記ばねの位置が保持されるつなぎ層と、を備え、前記弾性部材の１つの第１アンカー部分は隣接する弾性部材の第２アンカー部分と接続される、平面外構造である。
【００１１】
請求項４に係る発明は、基板と、前記基板上に形成され、少なくとも１つのリアクタンス要素を有する回路と、を備えるデバイスであって、前記リアクタンス要素は、少なくとも１つの平面外構造を含み、前記平面外構造は、それぞれが前記基板に固定されるアンカー部分とばねと前記基板から離れて配置される自由端部とを有し、間隔をおいて配置される少なくとも２つの弾性部材を含み、前記自由端部および前記ばねは最初は前記基板に固定されるが、前記基板からはく離されて前記基板から分離される状態となり、前記弾性部材の固有の応力プロファイルによって前記自由端部は傾向されて前記基板から離れ、前記ばねを形成し、該平面外構造は、さらに、前記少なくとも２つの弾性部材を接合するつなぎ層を含み、前記つなぎ層によって、相互に関して間隔をおいて配置される前記ばねの位置が保持され、前記弾性部材は導電性材料から形成され、前記つなぎ層は非導電性材料から形成される、デバイスである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
平面外ばねは、たとえばフリップチップおよびプローブカードの適用分野ならびに可変コンデンサに用いることができる。本発明の一態様によれば、平面外構造は、基板と、間隔をおいて配置される少なくとも２つの弾性部材と、を備え、各弾性部材はアンカー部分とばねと自由端部とを含み、アンカー部分は基板に固定され、自由端部は基板から離れて配置される。自由端部とばねは、最初は基板に固定されるが、基板からはく離されて基板から分離される状態となる。弾性部材の固有の応力プロファイルによって、自由端部は傾向されて基板から離され、ばねを形成する。弾性部材と交差して配置される（または接合する）つなぎ層によって、はく離中およびその後において、相互に関して間隔をおいて配置されるばねの位置が維持される。この構造によって、平面外ばね型構造またはカンチレバーが生成される。ばねが比較的幅が広く製作される場合、ばねはコンデンサの可変板として用いることができる。弾性部材が比較的長く製作される場合、弾性部材は環状巻線を生成する。これらの構造は、誘導子コイルまたは変圧器コイルとして用いることができる。
【００１３】
つなぎ層は、はく離中に２つの弾性部材の相対的位置を維持するため、１つの弾性部材から他の弾性部材まで配置される（または２つの弾性部材を接合する）。構造が２つ以上の弾性部材を含む場合、つなぎ層は、すべての部材と交差して延在またはすべての部材を接合することができる。一般に、複数の弾性部材の場合、すべての弾性部材と交差して延在する単一のつなぎ層は、最も容易に被着およびパターン化できるが、隣接する弾性部材を接合することのみを必要とするつなぎ層、すなわち複数の個別のつなぎ層、つまり各隣接する対の弾性部材に対して１つのつなぎ層を用いることもできることに注意されたい。一般に、つなぎ層は、弾性部材の全長に対してほぼ直交することになるが、斜め方向に配置することができる。１つ以上のつなぎ層を、長い弾性部材に対して用いることができる。一実施形態によれば、弾性部材は導電性材料から形成され、つなぎ層は非導電性材料から形成される。はく離および任意の後続の処理ステップの後、つなぎ層は除去することができるし、または無傷のまま維持することができる。この実施形態は、以下に述べる他の１つ以上の実施形態と容易に組み合わせることができる。
【００１４】
はく離前に、弾性部材を接合する１つ以上のつなぎ層を配置することによって、非常に長いフレキシブルなはく離される弾性部材に関する可撓性問題は、本質上排除される。弾性部材上のつなぎ層は、弾性部材と共にはく離され、はく離された個別弾性部材の間隔および分離を維持する。つなぎ層は十分に狭くまたは穿孔して形成され、はく離エッチングによってはく離される弾性部材と共につなぎ層がはく離されることを保証することができる（はく離を促進するため、はく離される弾性部材が穿孔されている場合、一般に、パーフォレーションははく離層全域に延在する）。つなぎ層によって、一様なアレイ間隔が維持され、はく離される弾性部材が接触または絡み合いすることが防止される。つながれたはく離される弾性部材の全体は、事実上、剛性構造として動作する。つなぎ層は、はく離される弾性部材の相互に関する望ましくない曲げを実際に抑制し、同時に、はく離される弾性部材のカール動作を大きく変更しないで残す。つなぎ層がない場合に比較して、はく離される弾性部材の半径を効果的に変更するという、つなぎ層によるロード効果が存在する場合がある。設計考察によって、この効果を考慮することができる。
【００１５】
つなぎ層構造は、つなぎ構造がない場合に、可撓性のある平面外構造が、拘束を受けない曲げから被害を受ける場合はいつでも、コイルおよび平面外ばねカンチレバーたとえばフリップチップパッケージおよびプローブカードに関する適用分野を含めて、有用性を有する。たとえば、つなぎを用いて、はく離中およびその後のメッキ段階中、ばねを一様な位置合わせに維持して、その結果、構造を、実質上、硬化することができる。
【００１６】
平面外構造を形成するために用いられる弾性部材のはく離速度は、本発明の他の実施形態によって制御される。平面外構造は、基板と弾性部材とを備え、弾性部材は、基板に固定される第１アンカー部分と、ばねと、自由端部と、を含む。さらに、弾性部材は、ばねに互いに等しくない間隔をおいて配置される複数のパーフォレーションを含む。自由端部およびばねは、最初は基板に固定されるが、基板からはく離されて基板と分離される状態となる。弾性部材の固有の応力プロファイルによって、自由端部は偏向されて基板から離され、ばねを形成する。自由端部がはく離されるとき、弾性部材のパーフォレーションによって、弾性部材の基板からのはく離の速度が制御される。アンダカットエッチングは、弾性部材の端部の下およびパーフォレーションの端部の下の両者において実行される。自由端部が基板と接触する場合、パーフォレーションを用いて、環状巻線を形成する弾性部材のはく離を制御することもできる。
【００１７】
弾性部材の材料にパーフォレーションを用いることによって、エッチング剤が部材セグメントの内側部分により多くアクセスすることが可能となり、その結果、弾性部材が、部材基体においてより少ないアンダカットエッチングによってより速くはく離されることが可能となる。パーフォレーション密度を段階的に変化させることによって、または部材に沿って不均等に間隔をおいて配置されるパーフォレーションを有することによって、次に、弾性部材は、先端または自由端部から開始され基部またはアンカー部分に向かって進む制御された様式によって、基板からはく離される。弾性部材に蓄積される多量の弾性エネルギーのため、このことは重要である場合がある。エネルギーの放出速度が過大である場合、弾性部材は、他の弾性部材と絡まりまたは破壊するために十分な速度に到達する場合がある。弾性部材の漸進的な制御されたはく離を用いることによって、機械的減衰により弾性部材の全運動エネルギーを非破壊レベルに限定するために十分な時間が与えられる。
【００１８】
パーフォレーションは、十分に小さく製作される場合、適切な金属、たとえば銅を用いて弾性部材を電気鋳造することによって、弾性部材はく離後、封鎖される場合がある。自由端部が電気鋳造によって付加される場合（たとえば、環状体構造を形成するため）、パーフォレーションは、はく離される弾性部材の付加段階の間に、同じメッキ浴において封鎖される場合がある。
【００１９】
設計考察によって、多くの場合、ばね構造およびコイル構造の両者の曲率半径の制御が要求される。コイル構造の曲率半径を制御する一様式は、弾性部材のはく離前に、弾性部材上にロード層を被着することである。本発明の他の実施形態によれば、さらに、リフロー材料、すなわち処理と両立できる温度において軟化する任意の材料を用いて、ロード層を被着することによって実現することができる。適切なリフロー材料の一例はフォトレジストであるが、他の適切なリフロー材料も用いることもできる。リフロー材料からなるロード層は、はく離ウィンドウを生成する同じマスキング段階において導入することができるし、または別の段階において導入することができる。フォトレジストロード層を用いることの１つの望ましい特徴は、レジストのロード効果は、プラズマ灰化によって容易に実現される熱およびクリーンアップによって、徐々に変化することができることである。
【００２０】
本発明の他の実施形態によれば、曲率半径は、さらに、複数層ロード層を被着することによって制御することができる。複数層ロード層を被着することによって、曲率半径は、ロード層の個別層を選択してエッチングする様式によって制御することができる。
【００２１】
本発明の他の実施形態によれば、平面外コイル構造は、２つの弾性部材を空中において接合することによって形成することができる。２つの弾性部材の接合を容易にするため、１つの自由端部は細長い先端を備え、他の自由端部は細長い先端を受け入れる溝を有する先端を備える。２つの自由端部は、はんだ付またはメッキによって容易に結合される。
【００２２】
本発明の他の実施形態によれば、平面外コイル構造は、２つの弾性部材を接合することによって形成することができ、この構造によって、片側は基板からほんの少しだけ持ち上げて離され、対をなす他の弾性部材に対する機械的停止具および／または整合構造として作用するタブを提供する。その上、対の弾性部材の長い方の部材は、タブおよび構造の両者と接触することができる。
【００２３】
平面外コイル構造の形成を容易にするため、延在する“Ｙ”字型および“Ｕ”字型基部パッド構造を用いることができる。細長いチップは、はく離前に、弾性部材の自由端部に形成される。アンカー部分は、逆“Ｕ”字型として形成され、その結果、“Ｙ”字型接触パッドの延在する尾部が、隣接する弾性部材に対して、逆“Ｕ”字型内に位置決めされることが可能となる。したがって、はく離後、先端は、Ｙ字型の延在する尾部部分と交差して、コイル完成を容易にする。
【００２４】
以下、本発明を、添付図面を参照して述べる。添付図面において、同じ符号は、同じ要素を示す。
【００２５】
本発明による方法および構造には、米国特許出願第０９／５７３，８１５号および第０９／５９１，２６２号に開示されている技術と同じ幾つかの技術ならびに共同譲渡米国特許第５，６１３，８６１号、第５，８４８，６８５号、および第５，９１４，２１８号に開示されているばねの製作に用いられる技術が用いられる。ばねは、所望のばね高さおよび曲率を生成するように設計されるある一定の量の固有の応力プロファイルを導入することによって製作される。同様に、‘８１５号特許出願および‘２６２号特許出願に開示されているように、複製可能な組込型応力勾配または固有の応力プロファイルは、被着中の成長条件を適切に変更することによって薄膜となるように設計して、コイル構造、すなわちそれ自体が反り返り環状巻線を生成して基板と接触する、はく離される弾性部材を生成することができる。１つ以上の導電層を使用または付加することによって、誘導子または変圧器としての使用に適するコイル構造を製作することができる。
【００２６】
図１および図３を参照して述べると、はく離層１０、たとえばＴｉ、Ｓｉ、またはＳｉＮが、基板２０上にパターン化される。基板は、処理条件に耐えることができる任意の材料とすることができ、この材料としては、応力に対応して設計される材料の製作に関連する本質的に低い処理温度のため、広範囲の材料が含まれる。これらの基板材料には、ガラス、石英、セラミック、シリコン、およびヒ化ガリウム、ならびに既存の受動型または能動型デバイスを有する基板が含まれる。はく離層１０は、乾式または湿式アンダカットエッチングを選択して処理することによって迅速に除去することができる材料とすることができる。Ｓｉはく離層に対する可能性のあるエッチング剤には、ＫＯＨ（湿式処理）およびＸｅＦ２（乾燥処理）が含まれる。フッ化水素酸は、ＴｉまたはＳｉＮはく離層をエッチングする。
【００２７】
弾性材料の層は、基板２０に被着され、パターン化されて４個の個別の弾性部材または指状部１８となる。各指状部１８は、単独の弾性材料２３、たとえばＮｉＺｒ、Ｍｏ／Ｃｒ、はんだ可溶性Ｎｉ、または他の適切な材料からなる、応力勾配付きフィルムから形成することができる。あるいは、各指状部１８は、２つまたは３つの層から形成することができる。たとえば、底部の金層２４を用いて、はく離時、コイルの外面を形成し高周波において電子のための高導電性経路を提供することができる。第２の金層（図示してない）を層２３の頂部に被着して表面を非活性化することができる。付加層は、その後のメッキの間に、シード層として作用することもできる。要求される設計に応じて、大きな応力を保持できる金属を用いて指状部の曲げを導入する部分を形成し、それらをメッキのための良好なシード層である付加層によって被覆することができる。あるいは、応力は、必要とされる曲げモーメントを含みメッキまたははんだ付にも適切である材料、たとえばＮｉまたはその溶液硬化合金に加えることができる。
【００２８】
図１によれば、２つの交差するつなぎ１４は、被着されパターン化され、４つの指状部１８のアレイの少なくとも１つのはく離される弾性部材１８と、アレイの追加の１つのはく離される弾性部材１８と、を接続または接合する。つなぎ１４は、部材１８の全長に対して事実上直交するように示されているが、斜めに、または他の便利な方向に配置して、間隔をおいて独立に配置されるはく離される弾性部材を維持することができる。はく離マスク１７を用いることによって、はく離される弾性部材１８とつなぎ１４の両者をはく離エッチングによりアンダカットすることが可能となる。図１および図３には、２つのつなぎ１４を示したが、１つのみを用いることまたは２つ以上を用いることができる。つなぎ１４は、１つ以上のパーフォレーション１２を穿孔することができ、これによって、はく離エッチング剤が、より迅速に指状部１８をはく離するため、つなぎ層１４を貫通し弾性部材層１８の整合される孔１２に達することができる。図１によれば、つなぎ層１４は、４つの先端１１の近くに配置され、第２のつなぎ層１４は、指状部１８の中心付近に配置される。図６は、はく離されたコイルが、依然として正しい位置にあるつなぎ層１４を有する接続されたコイル１８として形成された状態を示す図である。
【００２９】
つなぎ層によって、非常に長いはく離されるフレキシブル弾性部材の可撓性問題が、最小限とされまたは除去される（はく離される弾性部材が長いほど、一般に、問題が大きい）。比較的長く比較的薄いはく離される弾性部材は、はく離後に絡み合う傾向も有する。弾性部材と共にはく離される交差するつなぎを、弾性部材上に配置することによって、この問題も排除される。つなぎは、はく離エッチングによってつなぎが弾性部材と共にはく離されるように十分に細く製作される。つなぎによって、はく離される弾性部材要素アレイが間隔をおいて一様に維持され、はく離後および先端がはく離される部材の各パッドに接続中に、はく離される弾性部材が接触することまたは絡み合うことが防止される。つながれたはく離される弾性部材の全体は、効果的な剛性構造のように動作する。つなぎ材料は、導電性はく離される弾性部材の電気絶縁を形成するため、非導電性でなければならない。
【００３０】
平面外コイル構造は、集積回路において誘導子または変圧器として用いられる場合、特に便利である。個別のはく離される弾性部材は、応力勾配付き金属材料、または金属と応力勾配付き材料からなる複数層から形成することができる。多数の応用分野において、この構造は、はく離される弾性部材がはく離され自由端部が接触パッドに接続された後、メッキ浴中において金属によってメッキされる。以下に述べるように、レジストリフローを用いて構造のある一定の領域をメッキ浴から保護することができる。リフロー段階は、特に、つなぎ材料がリフロー材料と同じである場合、つなぎ材料をリフローするためにも用いることができる。リフローの量が過大である場合、つなぎは、細くなり、分離されて各指状部上のレジストの液滴となることがある。これを避けるため、別々のマスクを用いてつなぎ層を形成することができるし、またはつなぎ層はロード層と結合して（以下に述べるように、ロード層が構造に付加される場合）はく離層とは別の単独層とすることができる。たとえば、はく離層がレジストから生成される場合、つなぎ−ロード層はポリイミドから生成することができる。レジストのリフローは、ポリイミドをリフローすることはなく、それは、両者のガラス転移温度が非常に離れているためである。
【００３１】
別々のつなぎ−ロード層材料が用いられる場合、はく離ウィンドウ１６が除去されると、共通のカソードとして用いられたはく離金属は暴露され、除去することができる。つなぎは、この段階およびその後のダイシングおよびパッケージング段階の間、正しい位置に保持することができ、それは、はく離される弾性部材はメッキ段階によって硬化されるが、つなぎが除去されると、個別のはく離される弾性部材環状体は、隣接する環状体の中に曲がり込むことができるためである。つなぎは、電気鋳造後除去することができ、通常、除去される。しかし、つなぎを正しい位置に残すことが適切である幾つかの適用分野がある。
【００３２】
つなぎが結合されてはく離ウィンドウマスクとなる場合、つなぎ層を具体化するため追加マスク数は必要とされず、その結果、ゼロコストで効果的に生成される。提案されているつなぎは、プロセスの流れにおいてはく離される弾性部材を持ち上げる場所および電気メッキを行う場所も定めるために役立つはく離ウィンドウ材料によって具体化することができる。つなぎがはく離マスクと結合されない場合、次に、３つのマスク処理が必要とされ、これも低コストで実現することができる。
【００３３】
Ｔｉはく離層アンダカットの速度は、はく離される弾性部材金属およびフォトレジストの両者が特徴付けられた速度より低い。はく離される弾性部材およびつなぎ材料の両者の下におけるはく離エッチングのアンダカット速度は、同じであり迅速である。２００ｎｍのＴｉを有するはく離される弾性部材に関するはく離時間は、およそ０．３４μｍ／秒であり、これは、５０μｍ幅のはく離される弾性部材は、はく離に約７４秒を要することを意味する。５０μｍより狭いつなぎは、同じ処理内にはく離される。およそ２０μｍの非常に狭いつなぎを用いることができる。これらのつなぎは、はく離処理を僅かであるが阻害する。つなぐことによって、はく離される弾性部材セグメントの幅を全長／幅の比が効果的に低下される。発明者らは、全長／幅限度を超えない限り、ひだになることまたはもつれることなく、１００％の歩留まりが定常的に得られることを実証した。
【００３４】
はく離されコイルが閉じられた後、つなぎは、コイルの内側に位置する。高周波において、電流は、表皮効果のため、コイル（導電性材料からなる）の外側を流れる。導電性材料から形成される隣接するコイル間の短絡を避けるため、つなぎ材料は非導電性材料から製作しなければならない。絶縁性つなぎが存在する場合、メッキは行われないが、これは、最終デバイスに対して有意な電気効果を有しない。
【００３５】
‘８１５号特許出願および‘２６２号特許出願に記載のコイル実施形態の１つは、トロイド状構造である。つながれたはく離される弾性部材は、一般に、平行であるので、真のトロイド状構造は、つながれたはく離される弾性部材を用いることができない。しかし、本発明者らは、最新の実験を実行し、方形状トロイドは、デバイスＱ値が重要である限り、円形トロイドと全く同様に効果的に作用することを実証した。
【００３６】
前述したように、つなぎの使用は、コイル構造に限定されない。可撓性に関連する問題を解決するため、追加制約を必要とするどのカンチレバー構造も、つなぎによって便益を受ける。特に、カンチレバーがその後の電気メッキによってさらに硬化される構造、またはフリップチップ接触によって制約される場合がある構造、たとえばプローブおよびパッケージにおいて、つなぎは、プロセスをより強固にするために有用である。つなぎの使用は、本発明の下記の追加実施形態の１つ以上と組み合わせることができるし、または下記の追加実施形態の１つ以上は単独で使用することができる。
【００３７】
本発明の他の実施形態によれば、ばね１８の全長に沿って配置されるパーフォレーション１２の勾配付き密度を用いて、はく離される弾性部材１８のはく離の速度を制御することができる。図１および図３は、勾配付きパーフォレーション密度がコイルとされるばねアレイの配置に出現する１つの様式を示す図である。パーフォレーション１２の間隔ははく離される弾性部材１８の先端１１から基部まで徐々に増大することに注意されたい。ロード層１３（以下に述べる）も存在する場合、ビーム１８のロードされたセクション１３のパーフォレーション１２は、ロード層２４と弾性部材層２３の両者を貫通することにも注意されたい。
【００３８】
弾性部材１８において勾配付きパーフォレーション密度を用いることによって、基板からのはく離を先端１１から開始して基部に向かって進む制御された様式とすることが可能となる。はく離前に、多量の弾性エネルギーが弾性部材に蓄積されるので、このことは重要である。エネルギーの放出速度が過大である場合、弾性部材は、他の弾性部材と絡み合いまたは破損するのに十分な速度に達する場合がある。弾性部材の段階的はく離を用いることによって、機械的減衰により、ばねの全運動エネルギーを非破壊レベルに制限するために十分な時間が可能となる。
【００３９】
パーフォレーションを用いて、１つの個別コイルから他の個別コイルまで、または１つのコイル列から他のコイル列まで、変化するインダクタンス値を生成することもできる。通常、所定の薄膜被着順序に対して、コイル領域が１つだけ生成される。通常、１つの主半径のみが生成され、ロード層を用いる場合、１つのロード半径のみが生成されるので、このことが発生する。異なるインダクタンス値を得るため、巻線の数およびピッチを変更する必要がある。巻線の数は、離散的に変化させることしかできないので、ピッチを用いて、所定の環状体領域に対するインダクタンス値を微調整する必要がある。設計が１つ以上のインダクタンスを要求する場合、次に、指状部の幅が変更される。同じはく離層アンダカットを有する場合、ほぼ同時に、指状部が全部はく離することを保証するため、同じ近似密度を有する勾配付き密度パーフォレーションの使用が必要とされる。勾配付きパーフォレーション密度を用いて、すべての弾性部材が、幅に関係になく、同じ速度において、はく離することを保証することができる。
【００４０】
勾配付きパーフォレーション密度に加えて、つなぎを用いることができる。ある場合には、つなぎ層をパーフォレーションの間に配置することができる。しかし他の場合には、つなぎがパーフォレーションの上を通過しなければならない場合、その領域のつなぎは、除去または穿孔され、その結果、はく離エッチングは阻害されない。ロード層が存在する場合、パーフォレーションは、ロード層を貫通することが望ましく、その結果、はく離エッチングは阻害されない。弾性部材はく離中に存在するロード層に関するどの構造も、はく離エッチングが弾性部材パーフォレーションを貫通することを阻害してはならない。通常、このことによって、使用できるパーフォレーションを形成するため、ばね形成マスクおよびロード層形成マスクの両者にパーフォレーション１２を生成することが要求される。
【００４１】
ロード層は、弾性部材の曲率半径を変更するために用いられてきた。ロード層１３は、弾性部材１８上にパターン化される追加層であり、曲率半径を増大または縮小させるため応力をかけられる。ロード層１３は、パターン化され、一般に、弾性部材１８の中央セグメントに存在する。ロード層は、通常、金属、たとえば金、Ｍｏ、ＭｏＣｒ合金、Ｎｉ、Ｎｉ合金、などから作られる。
【００４２】
本発明者らは、リフロー材料、たとえばフォトレジストからなるロード層は、都合良く用いて、弾性部材１８をロードして、レジストなしの場合の同じビームと比較して半径を増大させることができることを実証した。レジストは、はく離ウィンドウを生成する段階と同じマスキング段階において導入することができるし、または別の段階において導入することができる。レジストは処理される場合、非常に低い固有の応力を有する。ばねがはく離されると、レジストは、通常、屈曲するカンチレバーの内側にあり、したがって、レジストは曲げに対抗するとき、圧縮応力を蓄積する。レジストの１つの望ましい特徴は、レジストのローディング効果は、熱またはプラズマ灰化のどちらかによって徐々に変更することができることである。熱を加えると、レジストは軟化され、そのガラス転移温度を超えると流れることができる。Ｓｈｉｐｌｅｙ  １８１３レジストの場合、ローディング効果は、事実上、１８５℃において減少し、２００℃においてさらに減少することが認められた。ローディング効果は、重要である場合がある。一実験によれば、本発明者らは、はく離される弾性部材直径を４９５μｍから３４５μｍまで変化させた。
【００４３】
フォトレジストロード層１３のプラズマ灰化は、はく離される弾性部材直径を制御する他の方法である。灰化によって、ばね金属を損傷することなく、レジスト厚さのなだらかに制御された減少が可能となる。レジスト厚さが減少すると、直径は小さくなる。
【００４４】
はく離ウィンドウを形成するレジストは、はく離金属の縁をシールしてウィンドウの縁に沿ったメッキを阻止するため、通常、リフローされる。このリフロー段階は、ローディングレジストによって生成されるロードの一部または全部を緩和することができる。所望により、ロード層レジストおよびはく離ウィンドウレジストは、異なるガラス転移温度を有する別の２種の材料とすることができる。
【００４５】
リフロー材料、たとえばレジストから形成されるロード層を用いることによって、はく離される弾性部材の剛性および半径が増大されるが、これらは、はく離エッチング中もそのまま保持される。はく離される弾性部材が除去され乾燥されると、リフロー段階において半径は縮められる。これは、空気中において実行することができ、空気中においては、固着または絡み合いの可能性が減少する。したがって、各カンチレバーの自由端部の軌跡は、最初に弾性部材をはく離する処理と、次にリフローロードをはく離される弾性部材上にロードする処理との２段階によって決まる。先端をその目標接点に配置する段階を、ゆっくりと、空気中において、表面張力の非存在下において行うことができるので、この２段階軌跡は好ましい。
【００４６】
‘８１５号特許申請によって開示されているように、スパッタリングされる材料、好ましくは金属を導入して、非円形ビームのロードをかけられる部分を生成する。金属のローディング効果は、層の厚さ、固有の応力、および弾性係数を選択することによって制御することができる。エッチング時間およびアンダカットを最小限とするため、層を薄く維持することは望ましいので、ゼロでない応力を用いて、必要とされる金属の量を最小限とすることは、都合がよい場合がある。所定の材料に対して、弾性係数は固定されるが、応力を制御して必要とされる厚さを最小限とすることができる。たとえば、屈曲するビームの内側に加えられる圧縮ロードによって、ビームの半径は、中立または張力ロードの場合より拡張される。
【００４７】
ロード層の幅は、はく離される弾性部材に導入される変化の量を調整するため、変更することができる。たとえば、はく離される弾性部材の曲げモーメントを正確に均衡させるロード層を塗布することによって、ロード層の幅がはく離される弾性層の幅と等しい場合、ロードされた弾性部材の半径は、ロード層の幅を変更することによって、無限大から減少してはく離される弾性部材の本来の半径まで変化させることができる。異なるばね、またははく離される弾性部材内の異なるセグメントは、ロード層の幅を変更することのみによって、１つ以上のロード層を導入することなく、異なる半径を有することができる。
【００４８】
ロード層の厚さおよび得られる応力を制御するため、ロード層は複数層とすることができる。はく離されるカンチレバーを含む層は、メッキのためのシード金属の底部層、応力をかけられるばね金属の層、シード金属の頂部層、ロード金属の層、およびロードされるセグメントに対するメッキが望ましい場合は追加シード金属を含むことができる。ロード層は、ばね金属と同じ材料から製作することができる。これによって、処理が簡単になる。すべての層は、同じ被着装置において、逐次被着によって被着することができる。
【００４９】
金を、メッキのためのシード金属として用いることができる。シード金属は、それ自体の幾らかのローディング効果を有する。したがって、シード金属の複数層を用いてビームをロードすることができる。しかし、金は柔らかく、ばねに通常用いられる金属より小さい弾性係数および降伏応力を有する。より効果的なローディングは、ばね金属、たとえばＭｏＣｒを用いて実現することができる。ＮｉおよびＣｕも、メッキのためにシード金属として用いることができ、金よりコスト面で有利である。
【００５０】
一連の個別コイルから複数巻数コイルを生成するための１つの構成は、弾性部材の基部をパターン化して、逆“Ｙ”字型または逆“Ｕ”字型とすることである。図１２について述べると、弾性部材１８は、逆基部パッド１１８（“Ｕ”字型の）を含む。次に、隣接するコイルに対する接触パッド１１９は、基部パッド１１８の“Ｙ”字型または“Ｕ”字型構成によって形成される空間内に位置決めされる。Ｙ−スポット環状体の歩留まりを向上させる１つの方法は（‘８１５特許申請に開示されているように）、狭い先端１１を弾性部材１８に延在させることによって、この先端１１が、接触パッド１１９を通過してＹ字型の延在部分１２０と交差することを可能とすることである。このことによって、たとえ半径が自由端部１１を接触パッド１１９に停止するために必要とされる半径より小さい場合においても、短絡することなしに、コイルを完結することが可能となる。インダクタンスは、半径の２乗に比例して変化する環状体面積に比例するので、インダクタンスの誤差百分率は半径の誤差百分率の２倍である。
【００５１】
半径誤差に対する感度は、幾つかの理由のため重要である。第１に、スパッタツール内における処理の不均一性によって、ウェハ内およびウェハ間において半径に幾らかの変動が生成される。さらに、変動は、実行ごとに発生する場合がある。実際の半径を設計半径から偏向させる処理変動に対する環状体面積の感度を低下せせることは非常に望ましい。これを実現する１つの方法は、自由端部を幾つかの種類の機械停止具に適合させることである。このことによって、コイル面積は、強制的に、処理変数よりもむしろ物理配置変数によって左右される。機械停止具は、種々の形態をとり、幾つかのレベルの制約を与えることができる。
【００５２】
１つの簡単な制約の実例は、非円形にロードされたビームによって提供される。指状部１８の前方セグメントをロードすることのみによって（たとえば、ロード層１３を図１に示すより短い長さまで被着することによって）、先端１１は、コイルの内側に折り返すよりもむしろ基板に強制的に適合される。先端は基板を貫通することができないので、基板によって、先端に対するある程度の機械的制約が与えられる。自由端部先端１１は、なお、表面上を滑動することができる。さらに、先端１１を制約するため、着床パッドの表面上に隆起停止部２５を導入して、自由端部が滑動して所定の間隔より近くはく離開始点に近づくことを防止する。さらに、外側の隆起部２６、２７（図２）を着床パッドの両側に配置して、先端１１を案内し、先端１１が両側に滑動することを防止することができる。さらに、外側停止部の端部は、角状構造に先細にして指状部１８の自由端部１１を引き寄せて、その所望の位置に送ることができる。機械的停止具によってコイル中に高抵抗のセグメントが生成される場合があるので、機械的停止具は、メッキのために利用できるパッドの全断面をブロックするものではない。停止具を生成するには、その停止具が自由端部１１の運動を制約するため、自由端部１１の一部に接触することのみが必要とされる。先端１１は、位置決めおよび接触パッドとの最終接続を容易にするため、先細として示してある。
【００５３】
停止具は、はく離される弾性部材から形成することができる。はく離される弾性部材から形成される場合、停止具を生成するため追加マスクは必要とされない。このような構造によって形成される環状体は、長い弾性部材および短い弾性部材またはタブを有することになる。長短の両弾性部材は、互いに連結してその位置を制約することができる。その上、設計によって、所望により、短い弾性部材および基板の両者と接触する長い弾性部材を形成することができる。設計による制約は、セグメントが完全に緩められたときの半径の誤差によってコイル断面において比例する誤差を生成しないように、コイル内に含まれる場合がある。構造が停止具に適合し、次に、完全に緩められることなく停止する構造は、この望ましい特性を有する。
【００５４】
機械的停止具に加えて、またはその代わりに、メッキ前に先端をその所望の位置に固着する取付操作は、デバイスの歩留まりを改善するため有用な構造である。先端を正しい位置に取り付けることによって、電気鋳造操作によって先端がしっかりと固定される前に、電気メッキ浴によって先端１１を移動させることができる。たとえば、取付は、少量の材料を先端とパッドの間において溶融して流し、次にそれを硬化することによって実現できる。これは、接点において少量のはく離ウィンドウ材料を用いる設計の当然の結果である。前述したリフロー操作によっても、先端は正しい位置に取り付けられる。したがって、これは、コストの変化なしに実現できる。取付面積は意図的に小さく維持して、接点抵抗を最小限とする。さらに、つなぎは、完全に取り付けられない先端をパッドの近隣に確実に存続させるために役立つ。図１において、符号１９は、先端を正しい位置に取り付けるために用いることができるはく離ウィンドウ材料ストリップを示す。
【００５５】
特に、スパッタ処理によって所望の半径でない半径が生成される場合、はく離後に、弾性部材１８の半径を調整できることは、非常に望ましい。これは、選択してエッチングにより除去して、はく離される弾性部材に対するロードを変更することができる金属の追加層を用いて、弾性部材を囲むことによって実現することができる。層が除去される度に、はく離される弾性部材は少しだけ曲がり、半径を調整することが可能となる。半径が正しく調整されると、次に、処理は、電気鋳造段階に続く。層を薄くすることによって、および／または層の応力を適切に調整することによって、半径変化の量を、小さく、およそ数パーセントに維持することができる。
【００５６】
エッチングの選択特性によって層除去の開始点と停止点が定められるので、半径調整を実行するためにマスクの数を追加する必要はない。さらに、用いられる複数層は、たとえば既に用いられているばねおよびシード金属（たとえばＭｏＣｒおよびＡｕ）から構成することができるので、材料を追加する必要もない。
【００５７】
メッキと両立できる半径調整を実行するため、半径調整後、表面は、メッキできる金属を確実に露出しなければならない。現在の工業技術において、これは、ＡｕとＭｏＣｒの２層を生成し、Ａｕの次の層までエッチングして下がることを意味する。
【００５８】
２つの環状体の半分体を空気中において閉じて環状巻線を形成する平面外コイル構造を形成する別の方法を、図４および図５に示す。弾性層は、フォトリソグラフィによってパターン化して一連の個別の弾性部材とされる。各個別弾性部材は、第１弾性部材３１と、接点部分または隣接する環状巻線３５間を接続するブリッジと、第２弾性部材３２と、を含む。第１弾性部材は細長い先端の形状の端部部分３３を含み、第２弾性部材は細長い先端３３を受け入れる溝を有する端部分３４を含む。先端３３および３４のこの構造によって、はく離後に２つのばねの捕捉が容易となり、その結果、２つの部分ははんだ付またはメッキによって接続することができる。環状巻線は、各第１弾性部材および各第２弾性部材の下のはく離ウィンドウを除去することによって形成される。これは、すべての第１弾性部材の下には、すべての第２弾性部材の下とは異なるはく離材料を用いることによって、同時に、または逐次に実行することができる。第１および第２弾性部材は、それらに異なるパーフォレーション密度を配置することによって、異なる時間にはく離することもできる。これによって、先端３３は矢印３８の方向に動かされ、先端３４は矢印３９の方向に動かされる。２つの先端が接触すると、それらは点４０において接合される。加圧または加熱によって、はんだはリフローされ、自由端部３３を自由端部３４と接合させる。
【００５９】
細長い先端３３は、たとえば、図７および図８に示すような形状とすることができる。図５に示す形状に加えて、端部部分３４は図８に示す形状とすることができる。他の異形も可能である。
【００６０】
あるいは、自由端部（はんだのない）は、メッキによって互いに接続することができる。メッキ浴に浸漬させることおよびアクセス可能な金属表面に金属を被着させることはどちらも、すべての金属線を太くして隣接する表面間にブリッジを生成する。
【００６１】
個別環状体の半分体は、ほぼ同じ長さとして図４および図５に示されている。しかし、長さを変更して、コイル形成処理を支援することができる。たとえば、第１弾性部材を第２弾性部材より短く製作し第２弾性部材が第１弾性部材と確実に重なり合うようにすることができる。
【００６２】
閉じられた環状体構造を形成するためにはく離される一連の弾性部材に関する別の配置を、図９に示す。この実施形態によれば、各弾性部材１３０は、パターン化されて２つのセグメントとなる。第１セグメント１３１は、アンカー部分１３４から第２セグメント１３２に達するまで、延在する。第２セグメント１３２は、第１セグメント１３１からある角度でパターン化され、先端部分１３３によって終端する。複数のつなぎ１４が付加されて、弾性部材１３０間の間隔が保持される。はく離層が除去されると、先端１３３がはく離され、続いて第２セグメント１３２、次に第１セグメント１３１がはく離される。先端１３３が隣接する部材の接点１３４と接触すると、得られる環状体は非円形ではない。空中突き揃えは、第１および第２セグメント接合箇所１３５において発生し、これによって、自由端部１３３は軸方向の片寄りによってはく離開始点に戻ることが可能となる。
【００６３】
環状体閉鎖の抵抗は、低い抵抗によって環状体の自由端部を基板上の接触パッドに戻して接続することによって減少される。接触パッドにおいて低い抵抗を得ることは、高導電性材料からなる良好な冶金接合を必要とする。リフローされて環状体を閉じるはんだパッドを組み込むコイル構造によって、良好な冶金接合ならびに低い接点抵抗が実現される。あるいは、自由端部は、メッキ、すなわち無電解メッキまたは電解メッキのどちらかによって、接触パッドと接合することができる。この方法によれば、環状体は、弾性部材をはく離することによって形成される。自由端部は、誘導子基板上の、機械接点、または接触パッドの近傍のどちらかに達する。次に、自由端部と接触パッドの両者の周辺の導電性材料をメッキして、それらの間に連続した結合を形成する。この実施形態によれば、材料の塗布は、自由端部とパッド領域のみに限定する必要はない。好ましくは、コイル抵抗を減少させるため、メッキされる材料は、高い導電性を有し、環状体全域をメッキされ、その結果、Ｑ値が有益に増大される。
【００６４】
ばねの基部に対するばね端部の可能性のある軸方向片寄りに適応させるため、可能な限り広いパッド面積を有することは、信頼性の観点から望ましい。この片寄りは、たとえば、応力非等方性のため、または湿式処理中の表面張力による指状部の変位のため、らせん状曲げによって生じる場合がある。
【００６５】
パッド領域を拡大する１つの可能性のある方法は、弾性部材を反対方向からはく離することである。これによって、はく離される弾性部材をより広く製作することも可能となる。図１０（はく離前）および図１１（はく離後）は、配置の概略を示す図である。図１０において、部材８１および８２は、左から右にはく離するように配置される。弾性部材８３および８４は、右から左にはく離するように配置される。特大の接触パッド７１、７２、７３、７４、７５および７６も、示してある。この設計は、アンダカットを最小限にできる場合、有利である。はく離ウィンドウを開くと、ばねを持ち上げることが可能となるが、はく離エッチング液が隣接するパッドに向かって進むことも可能となることから問題が発生する場合がある。通常、はく離層のアンダカットエッチングは、ばねをはく離するために必要とされるアンダカットより約３０％大きい。したがって、必要とされるアンダカットが２０μｍである場合、考慮されるアンダカットは約２５μｍである。これは、ある場合には大きすぎる。
【００６６】
アンダカット問題に対する解決策は、はく離ウィンドウを塗布する前に、ばね金属トレース間の導電性はく離層を取り除くことである。これは、その後、はく離層は、電気メッキの通常の方法と同程度に容易に用いることができないという欠陥がある。この技術は、無電解メッキの場合は用いることができるが、無電解メッキされた金属のコンダクタンスは、通常、電解メッキの場合得られる値より低い。幾つかの適用分野のＱ値必要条件を満足するため、コンダクタンスは、極端に高く維持する必要がある。
【００６７】
両側から弾性部材をはく離すると、つなぎによってインターリービングは阻止されるので、インターリーブによってつなぎの使用が可能となることはない。つなぎのない場合、絡み合いまたは短絡を防止するため、一部の剛性および線間距離規則は、より控えめに作成しなければならない場合がある。自体のばね先端によって外側まで持ち上げられパッドを中央に着床するように設計される緻密なトロイドは、２方向ばねの有用な適用分野である可能性はない。
【００６８】
本発明による方法によって、プロセス拡張が可能となる。これらのプロセスの流れを例示するが、他の変形は可能である。たとえば、本明細書において述べるある処理段階は組み合わせたりまたは削除したりすることができる。環状体を閉じるために用いられるはんだ層は、ばねはく離段階のためのはく離ウィンドウとしても役立つ。
【００６９】
本発明に従って生成されるオンチップ平面外コイル構造は、多数の実際の適用分野を有する。たとえば、１から１００ｎＨの範囲のインダクタンス値を用いて生成される場合、平面外誘導子コイル構造は、およそ１００ＭＨｚから数ＧＨｚの周波数範囲において作動する移動体無線周波数（ＲＦ）通信装置における使用に最適である。誘導子としてのそれらの使用に加えて、平面外コイルは、変圧器としても用いることができる。マイクロ変圧器は、電子構成要素、たとえばミクサ、復同調フィルタ、ＲＦ信号変成器に不可欠である。平面外コイルは、種々のマイクロ変圧器構造と互換性がある。平面外コイルを用いるマイクロ変圧器の例は、‘８１５号特許申請および‘２６２号特許申請に開示されている。本発明によって生成される平面外構造は、基板上に形成される、少なくとも１つのリアクタンス要素を有するどの回路にも用いることができる。リアクタンス要素は、任意のコンデンサ、誘導子、または変圧器である。
【００７０】
図１３および図１４は、それぞれ、Ｇｌｏｂａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ（ＧＳＭ）ディジタルセル電話１５００を示す斜視図および概略回路図であり、これらは、本発明による１つ以上の平面外コイル構造の使用に適する移動体通信装置の例である。図１３は、回路基板を点線で示し、回路基板には、平面外コイル構造を用いる無線回路セクション１５１０が含まれる。
【００７１】
図１４は、無線回路セクション１５１０をさらに詳細に示す回路図である。幾つかの異なる変調方式およびデータフォーマットが最新のセル電話では用いられるが、無線回路１５１０は、すべての無線回路に対して共通であり、この点において、無線回路１５１０は、増幅器、変調器、フィルタ、および発振器の組合せに関係する。ディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）１５２０は、増幅された送話器信号を拾い上げ、増幅された送話器信号をディジタルデータに変換し、そのディジタルデータは変換されて２つの電圧信号、いわゆるＩおよびＱパルス型電圧信号となり、この電圧信号は、次に、直角変調器１５３０によって位相変調されて９００ＭＨｚ搬送波にのせられる。次に、電力増幅器１５４０は変調された信号を増幅し、増幅された信号は、次に、フィルタ１５４５によって濾過され、スイッチ１５５０によってアンテナ１５５５に経路を定められる。無線回路セクション１５１０の受信器部分は、逆の手順に従い、多くの場合、より容易なチャネル分離のため２段階周波数変換が続く。アンテナ信号は、最初に、フィルタ１５６０によって濾過され、増幅器１５６５およびフィルタ１５６７によって増幅されて濾過され、ミクサ１５７０によって変調されて中間周波数（ＩＦ）信号となる。次に、このＩＦ信号は、増幅器１５７５によって増幅され、フィルタ１５７７によって再度濾過され、関心のあるチャネルを選択する。次に、ＩおよびＱ信号は、復調回路１５８０によって回復される。復調回路１５８０は、ミクサ１５８３、増幅器１５８５、およびフィルタ１５８７を用いて、周波数ＩＦの２つの９０°位相が異なるシヌソイド電圧を用いるＩＦ信号を復調する。ＤＳＰ１５２０は、最後に、Ｉ／Ｑ情報を音声信号に戻し、拡声器１５９０を駆動する。
【００７２】
無線回路、たとえば無線回路セクション１５１０において、本発明の平面外構造は、たとえば調整された増幅器（たとえば、増幅器１５４０および１５６５）の共振器の一部または発振器（たとえば、図１４に示すローカル発振器ＬＯ１）の共振器の一部として、フィルタ構成要素（たとえばフィルタ１５４５、１５６０、または１５６７）として、ミクサ回路１５３０および復調回路１５８０によって用いられる平衡不平衡変成器として、および２つのサブ回路（たとえば、変調器１５３０および電力増幅器１５４０）間の突き合わせ要素として、都合良く用いることができる。これらの特定の適用分野の幾つかについて、以下に詳細に述べる。
【００７３】
無線回路セクション１５１０のＲＦおよびＩＦ回路セクションにおいて用いられる種々のフィルタ（すなわち、フィルタ１５４５、１５６０、１５６７、および１５７７）は、本発明の平面外コイルを用いる可能性のある分野である。これらのフィルタは、小さいコイル構造と互換性があるほど周波数が十分に高い状況において用いられる。
【００７４】
アンテナフィルタ、たとえばフィルタ１５４５および１５６０は、通常、帯域通過構成における誘導子とコンデンサとのかなり簡単な組合せである。アンテナ１５５５は、広いスペクトルの周波数の全域においてＲＦ信号を拾い上げる。アンテナ１５６０は、関心のある周波数帯域を大雑把に選択して帯域外ノイズを消去し、受信器入力における信号レベルを低下させ、より高い受信器ゲインおよびその結果よりよい感度を可能とする。誘導子−コンデンサフィルタは、レジスタに関連するノイズおよび損失のため、この状況下においてレジスタ−コンデンサフィルタの代わりに用いられる。本発明の平面外コイル構造は、アンテナ−フィルタ誘導子として用いられる。フィルタコンデンサは、ＩＣプロセスがコンデンサを含む場合は平面外コイル構造の下のダイ上に集積される回路の一部として具体化することができるし、または製作後、コンデンサ製作段階を含まないＩＣプロセスにおいて基板の頂部に追加することができる。
【００７５】
図１５および図１６は、それぞれ、実例として、無線回路セクション１５１０の２重平衡ＲＦ−ＩＦ変換ミクサ１５７０の簡単な回路図および斜視図である。ＲＦ−ＩＦ変換ミクサ１５７０は、Ｇｉｌｂｅｒｔ周波数逓倍器を基礎とし、１９９７年、ボストン、ロンドンのＡｒｔｅｃｈ  Ｈｏｕｓｅ  Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓより出版されたＬａｒｓｏｎ  Ｌ．Ｅ．編“ＲＦ  ａｎｄ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｄｅｓｉｇｎ  ｆｏｒ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ”に開示されている（２７３ページ、図５．３３）。
【００７６】
図１５について述べると、ＲＦ−ＩＦ変換ミクサ１５７０は、ＲＦローカル発振器ＬＯ２から基準信号ＶＬＯを受け取る第１平衡不平衡変成器１６１０と、増幅された信号ＶＲＦを受け取る第２平衡不平衡変成器１６２０と、ミクサＦＥＴ回路１６３０と、増幅器１５７５とフィルタ１５７７と復調回路１５８０とに伝送されるＩＦ出力信号を生成する第３平衡不平衡変成器１６４０と、を含む。ミクサＦＥＴ回路１６３０は、ＮＭＯＳ技術を用いて具体化されたものとして示されているが、バイポーラトランジスタまたはＪＦＥＴを用いて製作することもできる。平衡不平衡変成器１６１０、１６２０、および１６４０は、技術上公知の方法によって、非対称信号を対象信号に変換、およびその逆の変換を行う。
【００７７】
図１６は、ＩＣ基板１６００上に配置されるＲＦ−ＩＦ変換ミクサ１５７０を示す斜視図である。無線回路セクション１５１０の他の構成要素は、分かりやすくするため省略してある。本発明によれば、平衡不平衡変成器１６１０、１６２０、および１６４０は、平面外コイル構造の変圧器配置を用いて具体化される。
【００７８】
ＲＦ受信器増幅器（たとえば増幅器１５６５）は、多くの場合、低ノイズ操作の場合（熱ｋＴＲノイズはない）、ロードおよびエミッタ負帰還のため、レジスタの代わりに誘導子を用いる。電力増幅器１５４０も、よりよい効率（レジスタにおけるＲＩ２損失がない）およびレジスタロードの場合の１倍ではなく供給電圧の２倍までのより高い出力変動のため、多くの場合、レジスタの代わりに誘導子を含む。これらの増幅器の例は、“ＲＦ  ａｎｄ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｄｅｓｉｇｎ  ｆｏｒ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ”の３６８ページおよび３８５ページに開示されている。
【００７９】
無線回路セクション１５１０のローカル発振器ＬＯ１およびＬＯ２は、通常、位相同期ループ（ＰＬＬ）回路である。ＰＬＬの目的は、水晶発振器の正確さと安定性を用いて、調整可能な周波数信号を生成することである。電圧を制御された発振器の周波数分割出力は、水晶発振器によって生成される基準信号と比較される。ＶＣＯ（電圧制御発振器）の位相が基準信号からはずれると直ちに、位相比較器は、ＶＣＯ周波数を調整する電圧を出力する。通常、フィルタが位相比較器とＶＣＯの間に備えられ、閉ループ安定性を保証する。ＶＣＯは、周波数スカラーのスケールダウン係数を調整することによって、強制的に異なる周波数において作動させることができる。
【００８０】
ＶＣＯは、特殊クラスの発振器であり、共振器の共振周波数は電圧によって変わる。これは、大部分の場合、固定コイルを可変コンデンサと組み合わせることによって具体化される。市販のＶＣＯは、同調コンデンサとしてバラクタダイオードを用いられる。ＭＥＭＳバラクタは、２０００年５月１７日出願の共同譲渡同時係属出願の米国特許出願第０９／５７３，３６３号に開示されており、この出願は、本願に引用して援用する。本発明の平面外コイル構造は、このようなバラクタと共に用いる固定コイルのためのＶＣＯ共振器として最適である。
【００８１】
以上、本発明を特定の実施形態を参照して述べたが、特定の実施形態の記述は例示のみを目的とするものであり、発明の範囲を限定するものと見なすべきではない。当業者は、本発明の思想および範囲を逸脱することなく、種々の他の変形および変更を実行できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  はく離前のつながれた弾性部材の配置を示す平面図である。
【図２】  接触パッド上の隆起した機械的停止具の詳細を示す平面図である。
【図３】  図１の線３−３に沿った断面を示す図である。
【図４】  はく離前の、５つの空中弾性部材対の配置の平面図である。
【図５】  はく離中の、図４の部材の部分斜視図である。
【図６】  はく離およびコイル構造の形成後の、図１のつながれた弾性部材の部分斜視図である。
【図７】  代替方法の弾性部材の平面図である。
【図８】  代替方法の弾性部材の平面図である。
【図９】  はく離前の、４つの弾性部材の代替方法の平面図である。
【図１０】  ２方向弾性部材配置の平面図である。
【図１１】  ２方向弾性部材配置の平面図である。
【図１２】  はく離前の、４つの弾性部材の別の代替方法の配置の平面図である。
【図１３】  本発明に従って形成される平面外構造を含む無線回路部分を組み込むセル電話を示す斜視図である。
【図１４】  図１３のセル電話に用いられる無線回路部分を示す単純化した回路図である。
【図１５】  図１３に示すセル電話に用いられるミクサ回路を示す簡単化した回路図である。
【図１６】  図１３に示すセル電話に用いられるミクサ回路を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０  はく離層、１１  先端、１２  パーフォレーション、１３  ロード層、１４  つなぎ、１６  はく離層ウィンドウ、１７  はく離層マスク、１８  指状部（ばね）、１９  はく離ウィンドウ材料のストリップ、２０  基板、２３，８１，８２，８３，８４，１３０  弾性部材、２４  金層、２５  隆起停止部、２６，２７  外側の隆起部、３１  第１弾性部材、３２  第２弾性部材、３３  端部部分（先端）、３４  端部部分、３５  環状巻線、４０  点、７１，７２，７３，７４，７５，７６  特大の接触パッド、１１８  逆型基部パッド、１１９  接触パッド、１２０  Ｙ字型部分、１３１  第１セグメント、１３２  第２セグメント、１３３  先端部分、１３４  アンカー部分、１３５  接合箇所、１５００  ディジタルセル電話、１５１０  無線回路セクション、１５２０  ディジタル信号プロセッサ、１５３０  直角変調器、１５４０  電力増幅器、１５４５，１５６５，１５６７，１５７７，１５８７  フィルタ、１５５０  スイッチ、１５５５  アンテナ、１５７０，１５８３  ミクサ、１５７５，１５８５  増幅器、１５８０  復調回路、１５９０  拡声器、１６００  ＩＣ基板、１６１０  第１平衡不平衡変成器、１６２０  第１平衡不平衡変成器、１６３０  ミクサＦＥＴ回路、１６４０  第３平衡不平衡変成器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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