CN101297382A - 平面磁元件及利用该平面磁元件的电源ic封装 - Google Patents

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Abstract

本发明的平面磁元件(1)，在由磁性粉末(7)和树脂的混合物构成的第一磁性层(3)和第二磁性层(5)之间具有平面线圈(4)，其特征在于，在设上述平面线圈(4)的线圈布线(4c、4c)之间的间隔为W、而且设上述磁性粉末(7)的最大径为L时，满足关系式W＞L。根据具有上述结构的平面磁元件(1)，将有效地得到高的电感值的微细磁性粉末填充在线圈布线之间，所以能够实现特性优良、薄型化的电感等平面磁元件。

Description

平面磁元件及利用该平面磁元件的电源IC封装
技术领域
本发明涉及用作薄型电感器的平面磁元件(磁被动元件)，特别是涉及提高对平面线圈中产生的磁场的透磁率并提高电感的平面磁元件及利用该平面磁元件的电源IC封装。
背景技术
近年来，各种电子设备的小型化、轻量化发展，随之有利用薄膜工艺制作各种器件的趋势。在这种潮流中，电感器(电抗器)、变压器、磁头等磁元件也替代过去的对块体(bulk)磁性材料实施卷线的结构，而提出一种用磁性体对具有螺旋形状或U形弯(曲折)图案的平面线圈进行覆盖的外铁型结构的平面磁元件(平面电感器)，试行器件的小型薄型化(例如，参照非专利文献1)。
另一方面，从小型电子设备用的DC-DC变换器的例子中可见，为了实现设备的小型轻量化，在MHz以上的高工作频率下使其工作的技术性要求正在提高。在这种电子设备中，高频用电感器成为一个关键组件，并要求如下的特性。
(1)小型薄型
(2)频率特性良好
(3)具有适当的电容量
一般，在块体铁氧体上卷绕线圈的元件和将涂敷型的铁氧体材料和涂敷型的导体材料烧结成一体的元件，作为小型电感器元件被实用化(例如参照专利文献1)。前者随着将块体铁氧体芯小型薄型化，表面劣化层占总体积的比例增大，以透磁率为首的特性劣化，不能实现低损失且高电感的电感器元件。此外，后者这样制作：对线圈进行构图并涂敷以形成螺旋型或螺旋管型，涂敷铁氧体以通过这些线圈激励软磁性体，最后烧结它们。例如，在螺旋管型的电感器中是经过交替对铁氧体和导体进行构图并涂敷的工序制造的。
专利文献1：(JP)特开2002-299120号公报
非专利文献1：IEEE Trans.Magn.MAG-20，No.5，pp.1804-1806
但是，用于上述现有的电感器的软磁性材料大体上透磁率较低，所以有难以得到较高的电感值的缺点。另一方面，若为了弥补该缺点而利用大量的磁性材料，则电感器等磁元件的薄型化存在极限，产生了难以通过部件的高密度安装实现设备的小型化的问题。
发明内容
本发明鉴于如上所述的因为透磁率较低而需要使用大量的磁性材料的现状，其目的在于，通过采用能够有效地得到较高的电感值的配置结构，实现薄型化的电感器等平面磁元件。
为了实现上述目的，本发明人特别深入研究了能够得到较高的电感值的磁性粉末的尺寸形状及配置结构，通过实验确认了这些因素对磁元件特性造成的影响。其结果，将线圈布线之间的间隔和磁性粉末的最大径调节为预定的关系而填充在线圈布线之间，或者，在平面线圈和形成于其上下的磁性层之间不形成绝缘层而使包含在磁性层中的磁性粉末直接与平面线圈接触、或形成为相邻且距离1μm以下，这样构成了薄型电感器时，能够有效地提高对线圈中产生的磁场的透磁率，得到了初次实现电感值提高的薄型电感器的知识。特别是，在平面线圈和于其上下形成的磁性层之间不配置绝缘层的情况下，表明了贯穿上下磁性层的磁束变多、可提高电感值的事实。本发明是基于这些知识完成的。
即，本发明涉及的平面磁元件在由磁性粉末和树脂的混合物构成的第一磁性层和第二磁性层之间具有平面线圈，其特征在于，在设上述平面线圈的线圈布线之间的间隔为W、而且设上述磁性粉末的最大径为L时，满足关系式W＞L。
在上述平面磁元件中，如图1～图5所示，平面线圈的线圈布线之间的间隔W是从某个线圈布线向相对的线圈布线画直线时的距离，是相邻的线圈布线之间的间隙的宽度。并且，线圈布线弯曲成L字形的部分不作为上述间隔W的测定对象。
此外，在线圈布线之间的间隔中填充的磁性粉末的最大径L如下地测定。即，如图7所示，拍摄于平面线圈4的线圈布线4c、4c之间形成的磁性层的放大照片，测定被观察的每个磁性粉末7中最大的直径(参照图6)。在上述表面的任意3个部位进行该测定操作，将在该测定值中最大的值设为磁性粉末的最大径L。
并且，在利用气水喷雾法等制作磁性粉末的阶段，将制作的磁性粉末过筛之后的最大径L相当于利用的筛的开孔尺寸。
在上述平面磁元件中，上述磁性粉末的最大值径L为线圈布线之间的间隔W以上(W≤L)时，磁性粉末不会填充在线圈布线之间，或者，即使填充也由于在布线间隙的长度方向配置磁性粉末的长轴，所以填充在线圈之间的磁性粉末容易受到由线圈形成的磁场的影响，平面线圈的电感值容易下降。因此，磁性粉末的最大径L设为小于线圈布线之间的间隔W的范围。在上述最大径的范围内，能够提高平面磁元件的电感。
作为构成上述磁性粉末及各磁性层的磁性材料不特别限定，除了纯铁、铁硅铝磁合金(Fe-5.5Al-10Si)以外，还能够使用坡莫合金(Fe-78.5Ni)等Fe-Ni系合金、Co系非晶合金、Fe系非晶合金、硅钢(Fe-5.5Si)等金属软磁性材料或铁氧体等氧化物。作为非晶合金优选具有用通式(M1-aM’a)100-bXb(其中，M是从Fe、Co中选择出的至少1种元素，M’是从Ti、V、Cr、Mn、Ni、Cu、Zr、Nb、Mo、Ta及W中选择出的至少1种元素，X表示从B、Si、C及P中选择出的至少1种元素，a及b分别满足0≤a≤0.15、10at％≤b≤35at％)表示的组成的非晶合金。此外，若考虑成本方面，优选铁硅铝磁合金或Fe系非晶合金那样的Fe基材料。
上述平面线圈如果是形成如图1所示的方形螺旋形状或图4所示的U形弯形状的曲折形的线圈、或者展开为图5所示的圆形螺旋形状等那样邻接的导体线圈并行的形状的平面线圈，就能够得到同样的电感增大效果。上述平面线圈的厚度(高度)调节为10～200μm的范围。
此外，在上述平面磁元件中，优选包含在上述各磁性层中的磁性粉末和上述平面线圈相接触，或者相邻且距离1μm以下。即，包含在磁性层中的磁性粉末直接与平面线圈接触，或者相邻且距离1μm以下，从而能够有效地提高对线圈中产生的磁场的透磁率，实现电感值提高的薄型电感器。
此外，在上述平面磁元件中，优选在设上述平面线圈的线圈布线之间的间隔为W、而且设上述磁性粉末的最大径为L时，满足关系式W＞2L。通过更微细地制作磁性粉末，以使该磁性粉末的最大径L满足关系式W＞2L，从而磁性粉末有效地填充在线圈布线之间，结果能够有效地提高对在线圈中产生的磁场的透磁率，能够进一步提高线圈的电感值。
进而，在上述平面磁元件中，优选上述磁性粉末的平均粒径为80μm以下。若磁性粉末的平均粒径超过80μm那样变得粗大，则在线圈布线之间的空隙部难以充分填充磁性粉末，而且线圈布线之间的磁性体的粉末填充率下降，不能够期待电感的提高。因此，磁性粉末的平均粒径设为80μm以下，优选为50μm以下，进一步为35μm以下。但是，该平均粒径D不到0.5μm时，磁性粉末过细而难以处理。具体地，由于产生表面氧化层或表面劣化层而容易发生磁特性劣化或由热振动导致的磁特性劣化。此外，在做成糊料时，有粉末难以均匀混合等难点。
进而，在上述平面磁元件中，对上述平面线圈的线圈布线之间的间隙的上述磁性粉末的填充率优选为30vol％以上。对该线圈布线之间的磁性粉末的填充率不到30vol％而过少时，由于平面磁元件的电感下降而不好。因此，上述磁性粉末填充率优选为30vol％以上，进而优选50vol％以上。
此外，在上述平面磁元件中，将上述平面线圈的线圈布线之间的间隔设为W时，优选在长度W的线段中包含的磁性粉末的个数为3个以上。该磁性粉末的个数如图7所示地测定。即，在具有相当于线圈布线4c、4c之间的间隙部的宽度W的长度的线段中一部分所包含的磁性粉末7的数量都被计数。在图7中，包含在线段中的磁性粉末7的个数是5。由于与线圈布线间隔的关系，上述磁性粉末的个数为2个以下时，磁性层的粉末填充率较低，所以不能得到充分的磁特性。因此，在上述线圈布线之间配置于直线上的磁性粉末的个数被设为3以上，进而优选5个以上。
另外，在上述平面磁元件中，优选上述磁性粉末(粒子)由非晶合金、平均结晶粒径为2μm以下的Fe基微细结晶合金、铁氧体中的至少1种磁性材料构成。通过将由上述磁性材料构成的磁性粒子填充在线圈间隔中，能够提高透磁率，并提高平面磁元件的电感值。这时，若使用用于第一磁性层或第二磁性层的磁性粉末，则制造性得到提高。
此外，在上述平面磁元件中，优选上述平面磁元件的全体厚度为0.4mm以下。在本发明中，将平面磁元件和IC芯片容纳在同一封装内，目的为实现更小型的电路部件，若没有小于与半导体芯片相同的高度，则会失去单一封装的优点。因此，要求平面磁元件的厚度最高也不到半导体元件管芯的一般高度0.625mm，优选0.4mm以下。特别是，通过使平面磁元件的厚度为0.4mm左右以下，从而使后述的图8～图10所示的层叠型的单一封装化变得可能。构成上述平面磁元件的第一磁性层和第二磁性层的厚度可以分别设定为50～200μm的范围。
另外，在上述平面磁元件中，上述平面线圈优选由金属粉末的低温烧结体构成。作为金属粉末使用Cu、Ag、Au、Pt、Ni、Sn、其它的导电性粉末，特别是从导电性及经济性的观点出发优选Cu、Ag。平面线圈是将上述金属粉末、树脂和溶剂等的混合物涂敷成预定图案之后进行自然干燥，或者加热到溶剂气化温度或以上的温度，或者实施包含还原等反应的加热操作，固化为线圈而形成。
上述平面线圈优选可以使用通过干燥或加热将金属粉末(导电性粉末)和树脂粘合剂的混合物进行固化的线圈、通过喷镀或镀敷等成膜技术成膜的线圈等。利用金属粉末和树脂粘合剂的混合物时能够廉价地制作，所以优选。此外，可以使用通过刻蚀形成导电性金属箔、或者利用模具冲裁为预定形状的线圈。
平面线圈布线的宽度、高度(厚度)、间隔(间隙)是影响线圈特性的主要因素，优选提高布线密度并将布线的宽度及厚度设定得尽量大，而且布线间隔在保持相互的绝缘性的范围内尽量减小。具体地，线圈布线的高度(厚度)优选为20μm以上，进而优选为40μm以上。若薄，则线圈电阻增大，不能得到较高的性能指数(Q值：Quality factor)。根据所要求的性能，优选尽可能增厚。此外，如上所述，线圈布线的间隔越窄越好。若布线间隔较宽，则器件尺寸增大，并且，由于线圈的长度变长，线圈直流电阻增大，性能指数(Q值)下降。因此，优选布线间隔W是200μm以下。另外，布线间隔W的最小值优选为10μm以上。布线间隔W不到10μm时，难以进行均匀的加工，有布线短路等合格率下降的可能性。
另外，在上述平面磁元件中，上述磁性层优选为混合了20质量％以下的树脂粘合剂的磁性混合物。并且，作为上述树脂粘合剂，可以使用纤维素类、氯丁橡胶类、丁腈橡胶类、聚硫化物类、丁二烯橡胶类、SBR类、硅橡胶等弹性材料，醋酸乙烯类、聚乙烯醇类、聚乙烯醇缩醛类、氯乙烯类、聚苯乙烯类、聚酰亚胺类的热可塑性树脂等有机物，环氧类树脂等热固化性树脂的有机物，Si02等无机物等。
如上所述的平面磁元件例如经过如下的工序制造。即，在具有预定的最大径L及平均粒径D的磁性粉末中混合赋形剂来制作糊料，利用该糊料在基体上以预定尺寸印刷而制作第一磁性层。
在该第一磁性层上面例如使用Ag糊料或Cu糊料等导电性金属糊料构图为方形螺旋状或者曲折状或者圆形螺旋状而印刷平面线圈。平面线圈若是如曲折线圈那样邻接的导体线圈布线并行的平面线圈，则显示同样的效果。并且，上述平面线圈除了印刷上述金属糊料的方法以外，若是镀敷法、导体金属箔的冲裁法、导体金属箔的刻蚀法、喷镀法、蒸镀法等气相生长法等、可实现较低的体积电阻率的平面线圈的方法，则不特别限定。
并且，形成上述平面线圈之后，通过以预定的图案及厚度印刷第二磁性层以覆盖该平面线圈，从而形成上述平面线圈被第一及第二磁性层覆盖的、作为平面磁元件的薄型电感器。这时，在第二磁性层的磁性图案中，在相当于线圈端子部的部位设置开口。
作为在上述平面线圈的上下表面形成磁性层的方法，有用绝缘性粘接剂粘接磁性体的薄板的方法、涂敷干燥将磁性粉末分散在树脂中的磁性体糊料的方法、实施上述磁性体的镀敷的方法等，也可以组合它们。
本发明涉及的电源IC封装将如上所述地制作的平面磁元件与控制IC、场效应晶体管(FET)等半导体芯片安装在同一基板或同一封装上的平面方向或者高度方向而形成。特别是，上述电源IC封装是在同一基板上一体地安装平面磁元件和IC芯片的IC一体型，对器件的小型化有效。此外，也能够进行将多个半导体芯片和有源元件一体化的单一封装。例如可以作为组装DC-DC变换器等的电源功能的封装，能够通过外带地配置电容器等而具有同样的电源功能。
根据上述结构涉及的平面磁元件，由于磁性粉末的最大径L小于线圈布线之间的间隔W(W＞L)，所以磁性粉末有效地填充在线圈布线之间，或者，填充在线圈之间的磁性粉末尽可能为正方形状，所以难以受到由线圈形成的磁场方向的影响，平面线圈的电感值上升。此外，具有比线圈布线之间的间隔W小的最大径L的磁性粉末填充在平面线圈的布线之间的间隙中形成，所以能够提高对在平面线圈中产生的磁场的透磁率，实现作为电感提高的薄型电感器的磁元件。
进而，能够将如上所述地制作的平面磁元件和控制IC、场效应晶体管(FET)等半导体芯片安装在同一基板或同一封装上的平面方向或高度方向而进行单一封装，能够进行功能元件的高密度安装，对半导体器件的小型化及高功能化发挥显著的效果。
附图说明
图1是采用方形螺旋形状作为线圈形状时的、本发明的一实施例涉及的平面磁元件的俯视图。
图2是图1或图5的II-II向视剖视图。
图3是图2中的III部分的局部放大剖视图。
图4是采用曲折形状作为线圈形状时的、本发明的一实施例涉及的平面磁元件的俯视图。
图5是采用圆形螺旋形状作为线圈形状时的、本发明的一实施例涉及的平面磁元件的俯视图。
图6是表示图3所示的磁性粒子的尺寸测定方法的剖视图。
图7是表示测定填充在图3所示的线圈布线之间的宽度W中的磁性粉末个数的方法的剖视图。
图8是表示将本发明涉及的平面磁元件和半导体芯片配置在平面上进行封装的IC封装的结构例的剖视图。
图9是表示层叠配置本发明涉及的平面磁元件和半导体芯片进行封装的IC封装的结构例的剖视图。
图10是表示以凸块方式层叠本发明涉及的平面磁元件和半导体芯片而进行封装的IC封装的结构例的剖视图。
具体实施方式
下面，参照附图及以下的实施例，更具体地说明本发明的实施方式。
[实施例1～5]
将具有表1所示的组成的各磁性粉末过筛分离而制作了具有表1所示的最大粒径L(最大径)及平均粒径D的磁性粉末。并且，表1所示的最大粒径设为筛子的网孔值。对各磁性粉末以16质量％的比例混合乙基纤维素溶液而分别制作了磁性粉末糊料。
接着，如图3所示，在作为基体2的厚度35μm的聚酰亚胺片上分别使用上述磁性粉末糊料而印刷成厚度为150μm之后，通过在温度150℃下干燥60min，从而制作了第一磁性层3。
进而，在该第一磁性层3的上表面，利用平均粒径1μm的Ag糊料，将如图1所示的线圈布线的宽度B为150μm、线圈布线之间的间隔W为100μm、即线/间隔是150μm/100μm的、作为15匝的平面线圈4的螺旋形线圈，印刷成厚度为20μm之后，在温度150℃下经过60min时间进行低温烧结，制作了平面线圈4。接着，在该平面线圈4上表面，用与第一磁性层3同样的方法印刷厚度150μm的第二磁性层5，分别制作了实施例1～5涉及的作为平面磁元件的薄型电感器1。并且，在各实施例涉及的线圈中，将包含在线圈布线之间的间隔W的线段中的磁性粉末的个数设为3个以上。
[比较例1～5]
在实施例1～5中制作的第一磁性层3的上表面，用刮棒涂敷机(barcoater)以厚度10μm涂敷作为绝缘层的聚酰亚胺树脂。接着，在该绝缘层上表面，制作了与实施例1-5同样的平面线圈4。进而，在该平面线圈4的上表面以厚度10μm涂敷作为绝缘层的聚酰亚胺树脂。接着，在该绝缘层的上表面印刷与实施例1-5同样的第二磁性层5，从而分别制作了比较例1-5涉及的作为平面磁元件的薄型电感器。
将测定了如上所述地制作的各实施例及比较例涉及的作为平面磁元件的薄型电感器的厚度H、电感值及性能指数(Q值)的结果示于表1。
这里，在表1中，在如图3所示有基体2时，电感器厚度H表示从基体2的下端到平面磁元件1的第二磁性层5上端为止的距离，在没有基体2时，电感厚度H表示平面磁元件1的第一磁性层3下端到第二磁性层5上端为止的距离。
并且，用ミツトヨ(Mitutoyo)制的千分尺来测定了薄型电感器的厚度H。此外，各平面磁元件的电感及性能指数(Q值)使用横河Hewlett-Packard制的阻抗分析仪4192A，在设该励磁电压为0.5V、测定频率为10MHz的条件下测定。下述表1表示评价测定结果。
[表1]
Figure A20068003968700121
根据上述表1所示的结果可知，若采用具有比线圈布线之间的间隔W小的最大径L的磁性粉末被填充在平面线圈4的布线之间的间隙而形成的各实施例涉及的平面磁元件1，则能够提高对平面线圈4中产生的磁场的透磁率。此外，在磁性层3、5与平面线圈4之间没有形成绝缘层，磁性粉末与平面线圈充分接近，所以实现了作为充分提高了电感的薄型的电感器的平面磁元件1。
另一方面，在磁性层3、5与平面线圈4之间形成了绝缘层的各比较例涉及的平面磁元件中，由于贯穿上下的磁性层的磁束，减少及磁性粉末7未充分填充在线圈布线之间的间隙中，因此再次确认了与实施例相比，电感值大幅下降的事实。
[实施例6～10]
将具有表2所示的组成的各磁性材料粉末过筛分离而制作了具有表2所示的最大粒径L(最大径)及平均粒径D的磁性粉末。并且，表2所示的最大粒径设为筛子的网孔值。对各磁性粉末以11质量％的比例混合环氧树脂溶液，而分别制作了磁性粉末糊料。
接着，如图3所示，在作为基体2的厚度35μm的聚酰亚胺片上分别使用上述磁性粉末糊料而印刷成厚度为100μm之后，通过在温度150℃下干燥30min，从而制作了第一磁性层3。
进而，在该第一磁性层3的上表面，利用平均粒径0.5μm的Ag糊料，将如图1所示的线圈布线的宽度B为100μm、线圈布线之间的间隔W为100μm、即线/间隔是100μm/100μm的、作为15匝的平面线圈4的螺旋线圈，印刷成厚度为25μm之后，在温度200℃下经过30分钟进行低温烧结，制作了平面线圈4。接着，在该平面线圈4上表面，用与第一磁性层3同样的方法印刷厚度100μm的第二磁性层5，分别制作了实施例6～10涉及的作为平面磁元件的薄型电感器1。并且，在各实施例涉及的线圈中，将包含在线圈布线之间的间隔W的线段中的磁性粉末的个数设为3个以上。
[比较例6～10]
取代在实施例6～10中使用的最大粒径32μm的磁性粉末而使用了最大粒径为150μm的粗大磁性粉末，这一点以外与实施例6～10同样的处理，从而分别制作了比较例6～10涉及的作为平面磁元件的薄型电感器。
将与实施例1～5同样地测定了如上所述地制作的各实施例及比较例涉及的作为平面磁元件的薄型电感器的厚度H、电感值及性能指数(Q值)的结果示于下述表2。
[表2]
Figure A20068003968700151
根据上述表2所示的结果可知，在利用大于平面线圈4的线间距离W的磁性粉末7制作了薄型电感器的比较例6～10涉及的薄型电感器中，表明了与实施例6～10相比电感值下降的事实。
[实施例11～15]
将具有表3所示的组成的各磁性材料粉末过筛分离而制作了具有表3所示的最大粒径L(最大径)及平均粒径D的磁性粉末。并且，表3所示的最大粒径设为筛子的网孔值。对各磁性粉末以12质量％的比例混合聚酰亚胺树脂溶液而分别制作了磁性粉末糊料。
接着，如图3所示，在作为基体2的厚度35μm的聚酰亚胺片上分别使用上述磁性粉末糊料而印刷成厚度为150μm之后，通过在温度150℃下干燥30min，从而制作了第一磁性层3。
进而，在该第一磁性层3的上表面，利用低电阻Ag糊料，将如图1所示的线圈布线的宽度B为200μm、线圈布线之间的间隔W为200μm、即线/空隙是200μm/200μm的、作为15匝的平面线圈4的螺旋形线圈，印刷成厚度10μm之后，在温度200℃下经过30分钟进行低温烧结，制作了平面线圈4。接着，在该平面线圈4上表面，用与第一磁性层3同样的方法印刷厚度200μm的第二磁性层5，分别制作了实施例11～15涉及的作为平面磁元件的薄型电感器1。并且，在各实施例涉及的线圈中，将包含在线圈布线之间的间隔W的线段中的磁性粉末的个数设为3个以上。
[实施例16～20]
取代在实施例11～15中用作磁性粉末的结合剂的聚酰亚胺树脂溶液而以12质量％的比例添加了硅树脂，这一点以外与实施例11～15同样地进行第一磁性层、平面线圈及第二磁性层的形成干燥、烧结之后，通过剥离用作基体的聚酰亚胺片，从而分别制作了实施例16～20涉及的作为平面磁元件的薄型电感器1。并且，在各实施例涉及的线圈中，将包含在线圈布线之间的间隔W的线段中的磁性粉末的个数设为3个以上。
将与实施例1～5同样地测定了如上所述地制作的各实施例及比较例涉及的作为平面磁元件的薄型电感器的厚度H、电感值及性能指数(Q值)的结果示于下述表3。
[表3]
Figure A20068003968700171
根据上述表3所示的结果可知，表明了与和磁性粉末混合的粘合剂树脂的种类及作为基体的聚酰亚胺片的有无无关地得到电感性能稳定的薄型电感器的事实。
[实施例21]
将具有表4所示的组成的磁性粉末过筛分离而制作了具有表4所示的最大粒径L(最大径)及平均粒径D的磁性粉末。并且，表4所示的最大粒径设为筛子的网孔值。相对于磁性粉末以16质量％的比例混合乙基纤维素溶液而分别制作了磁性粉末糊料。
接着，如图3所示，在作为基体2的厚度20μm的PEN片上，使用上述磁性粉末糊料而印刷成厚度为150μm之后，通过在温度150℃下干燥60分钟，从而制作了第一磁性层3。
进而，在该第一磁性层3的上表面利用平均粒径1μm的Ag糊料印刷成厚度30μm之后，在温度150℃下经过60min时间进行低温烧结，制作了平面线圈4。该平面线圈4是如图1及图3所示的螺旋型平面线圈4，配置了线圈布线的宽度B为200μm、线圈布线之间的间隔W为200μm、即线/间隔是200μm/200μm的、作为15匝的平面线圈4的螺旋形线圈。
接着，在该螺旋线圈4的上表面，用与第一磁性层3同样的方法，涂敷形成厚度150μm的第二磁性层5，制作了实施例21涉及的作为平面磁元件的薄型电感器1。并且，在各实施例涉及的线圈中，将包含在线圈布线之间的间隔W的线段中的磁性粉末的个数设为3个以上。
[实施例22]
取代在实施例21中冲裁铜箔而制作的螺旋型平面线圈4而使用了通过刻蚀法制作的螺旋线圈，这一点以外与实施例21同样地处理而制作了实施例22涉及的作为平面磁元件的薄型电感器1。
[实施例23～26]
通过按照表4所示的材料规格及尺寸规格对螺旋线圈进行刻蚀处理而形成，分别制作了如图1所示的实施例23～24所涉及的薄型电感器1。
[实施例27～28]
按照表4所示的材料规格及尺寸规格制造，将螺旋线圈变更为曲折形线圈，这一点以外与实施例25～26同样地处理，从而分别制作了如图4所示的实施例27～28所涉及的薄型电感器1a。
[比例例11～12]
按照表4所示的材料规格及尺寸规格制造，通过刻蚀法制造了螺旋线圈，这一点以外与比较例1同样地处理，从而分别制作了比较例11～12所涉及的作为平面磁元件的薄型电感器。
将与实施例1～5同样地测定了如上所述地制作的各实施例及比较例涉及的作为平面磁元件的薄型电感器的厚度H、电感值及性能指数(Q值)的结果示于下述表4。
[表4]
Figure A20068003968700201
根据上述表4所示的结果可知，若比较实施例21和实施例23、或者实施例22和实施例24，则表明了与利用了烧结Ag糊料制造的螺旋线圈的实施例21、22涉及的薄型电感器相比、通过刻蚀制作了平面线圈的实施例23、24涉及的薄型电感器的特性得到了改善的事实。这是因为，在实施例23、24中，在通过刻蚀制作的平面线圈中，相邻的线圈的间隙部向上方开放，所以磁性粒子容易进入间隙部而增加存在于布线之间的磁性粒子数量，从而增大电感。
此外，与Ag制平面线圈比较，在Cu箔制平面线圈中，线圈电阻值相对地减少，所以性能指数(Q值)增加。
进而，若比较实施例21～26的利用螺旋线圈的薄型电感器和实施例27～28及比较例13～14的利用曲折形线圈的薄型电感器，则表明了由于在曲折形线圈中电感不工作而特性下降的事实。但是，在曲折形线圈中，能够将连接端子配置在基材的外边缘，所以与利用螺旋型线圈的电感器相比安装性得到改善。此外，即使比较同样利用了曲折形线圈的实施例27和比较例13，也表明了本实施例27的特性进一步提高的事实。
[实施例29～32]
在设线圈布线之间的间隔为W时，将包含在长度W的线段中的磁性粒子数量变更为如图5所示，这一点以外与实施例11同样地处理而分别制作了如图1所示的实施例29～32涉及的薄型电感器。
将与实施例1～5同样地测定了如上所述地制作的各实施例涉及的作为平面磁元件的薄型电感器的厚度H、电感值及性能指数(Q值)的结果示于下述表5。
[表5]
Figure A20068003968700221
根据上述表5所示的结果可知，表明了若包含在长度W的线段中的磁性粒子数量为3个以上、进而是5个以上，则电感及性能指数提高的事实。并且，在实施例29～32中，使用了最大粒径或平均粒径相同的磁性粉末，但是磁性粉末是具有扁平形状或球状或者杆状等各种形状的粉末，长径相对于粒子的短径的比(纵横比)稍微不同，因此，即使平均粒径相同，存在于布线间隔W中的磁性粒子数是变化的。
在以上的实施例中，以设有如图1所示的方形螺旋形状线圈或如图4所示的曲折形状线圈作为平面线圈的平面磁元件为例进行了说明，但是本发明不限于上述实施例，例如在将图5所示那样的在磁性层3上形成设有端子6的圆形螺旋形状的平面线圈4b的情况下，也得到同样的效果。
作为各实施例涉及的平面磁元件1的薄型电感器1、1a的厚度H是0.26～0.39mm，为控制IC和场效应晶体管(FET)等半导体芯片8的厚度以下。因此，如图8～图10所示，将开关IC等半导体芯片8和平面磁元件1、1a一体化并封装，从而实现内置电感的薄型IC封装10、10a、10b。
图8所示的IC封装10具有在封装基板上的平面方向上配置半导体芯片8和平面磁元件1、1a，并且分别与引脚框9连接并用塑封树脂固定的结构，图9所示的IC封装10a具有在封装基板上的厚度方向上层叠配置半导体芯片8和平面磁元件1、1a，并且分别与引脚框9连接并用塑封树脂固定的结构，图10所示的IC封装10b具有在封装基板上的厚度方向上以凸块接合方式层叠配置半导体芯片8和平面磁元件1、1a，并且分别与引脚框9连接并用塑封树脂固定的结构。
根据包含这种作为平面磁元件的电感器的薄型封装，例如能够容易地实现单一封装的小型DC-DC变换器IC或电源IC封装。
根据各表所示的结果可知，若采用具有比线圈布线之间的间隔W小的最大径L的磁性粉末填充在平面线圈的布线之间的间隙而形成的各实施例涉及的平面磁元件，则能够提高对平面线圈中产生的磁场的透磁率，实现作为提高电感的薄型电感器的平面磁元件。
进而，也可以将如上所述地制作的平面磁元件与控制IC、场效应晶体管(FET)等半导体芯片安装在同一基板或同一封装上的平面方向或高度方向上而进行单一封装，也可以进行功能元件的高密度安装，对半导体器件的小型化及高功能化发挥显著的效果。
特别是，在配置有螺旋线圈的平面磁元件中，用极少量的有机粘合剂将预定粒径的微细的磁性粉末做成糊料而填充在线圈布线之间时，不用有机物那样的绝缘体覆盖微细的磁性粉末之间，能够使磁性粉末之间成为最接近的状态，能够抑制透磁率的下降。因此，能够得到特别大的电感值。
工业可利用性
采用具有上述结构的平面磁元件，由于磁性粉末的最大径L小于线圈布线之间的间隔W(W＞L)，所以磁性粉末有效地填充在线圈布线之间，并且填充在线圈之间的磁性粉末尽可能为正方形状，难以受到由线圈形成的磁场方向的影响，提高平面线圈的电感值。此外，由于具有比线圈布线之间的间隔W小的最大径L的磁性粉末填充在平面线圈的布线之间的间隙而形成，所以能够提高对平面线圈中产生的磁场的透磁率，实现作为提高电感的薄型电感器的磁元件。
进而，可以将如上所述地制作的平面磁元件与控制IC、场效应晶体管(FET)等半导体芯片安装在同一基板或同一封装上的平面方向或高度方向上而进行单一封装，也可以进行功能元件的高密度安装，对半导体器件的小型化及高功能化发挥显著的效果。

Claims (12)

1.一种平面磁元件，在由磁性粉末和树脂的混合物构成的第一磁性层和第二磁性层之间具有平面线圈，其特征在于，在设上述平面线圈的线圈布线之间的间隔为W、而且设上述磁性粉末的最大径为L时，满足关系式W＞L。
2.如权利要求1所记载的平面磁元件，其特征在于，包含在上述磁性层中的磁性粉末和上述平面线圈相邻且距离1μm以下，或者相接触。
3.如权利要求1所记载的平面磁元件，其特征在于，在设上述平面线圈的线圈布线之间的间隔为W、而且设上述磁性粉末的最大径为L时，满足关系式W＞2L。
4.如权利要求2所记载的平面磁元件，其特征在于，在设上述平面线圈的线圈布线之间的间隔为W时，包含在长度W的线段中的磁性粉末的个数为3个以上。
5.如权利要求4所记载的平面磁元件，其特征在于，包含在上述长度W的线段中的磁性粉末的个数为5个以上。
6.如权利要求1至4中的任一项所记载的平面磁元件，其特征在于，上述磁性粉末由非晶合金、微细结晶合金、纯铁、铁硅铝磁合金、Fe-Ni系合金、Fe-Si系合金、铁氧体中的至少1种构成。
7.如权利要求1所记载的平面磁元件，其特征在于，上述磁性粉末的平均粒径为80μm以下。
8.如权利要求1至7中的任一项所记载的平面磁元件，其特征在于，上述平面磁元件的厚度为0.4mm以下。
9.如权利要求1至8中的任一项所记载的平面磁元件，其特征在于，上述平面线圈由金属粉末的烧结体构成。
10.如权利要求1至8中的任一项所记载的平面磁元件，其特征在于，上述平面线圈为刻蚀金属箔形成。
11.一种电源IC封装，其特征在于，利用了权利要求1至10中的任一项记载的平面磁元件。
12.如权利要求11所记载的电源IC封装，其特征在于，该电源IC封装是IC一体型。
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