JP2001044034A - 平面型磁気素子 - Google Patents
平面型磁気素子Info
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- JP2001044034A JP2001044034A JP11212060A JP21206099A JP2001044034A JP 2001044034 A JP2001044034 A JP 2001044034A JP 11212060 A JP11212060 A JP 11212060A JP 21206099 A JP21206099 A JP 21206099A JP 2001044034 A JP2001044034 A JP 2001044034A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 製造工程数が少なく、周波数特性，直流重畳
特性の良好な平面型磁気素子を提供する。 【解決手段】 基板上にスパイラル平面コイルと、絶縁
膜および平面コイルを挟み込む上部，下部磁性体薄膜と
を積層してなる平面型磁気素子において、前記基板と下
部磁性体薄膜をフェライト基板１１で置き換えることに
より、製造工程数を少なくし、周波数特性，直流重畳特
性の改善を図る。
特性の良好な平面型磁気素子を提供する。 【解決手段】 基板上にスパイラル平面コイルと、絶縁
膜および平面コイルを挟み込む上部，下部磁性体薄膜と
を積層してなる平面型磁気素子において、前記基板と下
部磁性体薄膜をフェライト基板１１で置き換えることに
より、製造工程数を少なくし、周波数特性，直流重畳特
性の改善を図る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体製造技術
を活用することにより平面型に製作されるインダクタや
トランスのような平面型磁気素子に関する。
を活用することにより平面型に製作されるインダクタや
トランスのような平面型磁気素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ノート型パソコンや携帯電話に代
表されるマルチメディア機器を始め、各種電子機器の小
型化が盛んに進められている。これに伴い、その電源部
の小型化の研究も活発に行なわれており、その主要部品
であるインダクタやトランスなどの磁気素子の小型化実
現のために、それらの磁気素子を半導体製造技術を利用
して平面型，薄膜型に製造する試みが多くなされてい
る。
表されるマルチメディア機器を始め、各種電子機器の小
型化が盛んに進められている。これに伴い、その電源部
の小型化の研究も活発に行なわれており、その主要部品
であるインダクタやトランスなどの磁気素子の小型化実
現のために、それらの磁気素子を半導体製造技術を利用
して平面型，薄膜型に製造する試みが多くなされてい
る。
【０００３】平面型インダクタの最も一般的な例とし
て、例えば図５に示す積層型構造のものが知られてい
る。なお、同図（ａ）は組立分解図、（ｂ）は断面図を
示す。すなわち、シリコン（Ｓｉ）等の基板５上に絶縁
膜を形成し、下部磁性膜４，絶縁膜２，平面コイル（導
体部）３，絶縁膜２，上部磁性膜１の順に形成する、い
わゆる平面コイルを磁性膜でサンドイッチ状に挟み込ん
だ構造のものであり、積層平面型インダクタといわれ
る。また、磁性体がコイルよりも外側にあり、コイルが
磁性膜の中にあることから、外鉄型または内部コイル型
インダクタとも呼ばれている。
て、例えば図５に示す積層型構造のものが知られてい
る。なお、同図（ａ）は組立分解図、（ｂ）は断面図を
示す。すなわち、シリコン（Ｓｉ）等の基板５上に絶縁
膜を形成し、下部磁性膜４，絶縁膜２，平面コイル（導
体部）３，絶縁膜２，上部磁性膜１の順に形成する、い
わゆる平面コイルを磁性膜でサンドイッチ状に挟み込ん
だ構造のものであり、積層平面型インダクタといわれ
る。また、磁性体がコイルよりも外側にあり、コイルが
磁性膜の中にあることから、外鉄型または内部コイル型
インダクタとも呼ばれている。
【０００４】図６は図５の構造を得るためのプロセスの
1例を示す。コイル導体は感光性ポリイミドをめっき型
とした、電解めっきで形成した。また、磁性膜は、Ｃｏ
系アモルファス膜であるＣｏＨｆＴａＰｄを使用した。
以下、各プロセスについて説明する。 Ｓｉ基板上に保護膜として、ポリイミドを塗布する。 下部磁性膜をスッパタ法で成膜する。 下部磁性膜とコイル導体間の絶縁膜として、ポリイミ
ドを塗布する。 無電解めっきの核となる白金を、スッパタ法により形
成する。 感光性ポリイミドを塗布し、コイルパターンに合わせ
てパターニングし、コイル導体のめっき型を形成する。 無電解めっき，電解めっきでコイル導体を形成する。 その上にポリイミドを塗布し、上部磁性膜との層間絶
縁膜を形成する。 上部磁性膜をスッパタ法で成膜する。 以上で、平面型（薄膜）インダクタの構造が完成する。
ウエハー内の磁性膜特性分布を抑制するために回転磁界
熱処理をしたり、一軸磁気異方性を誘導するために静止
磁界熱処理をしたりする場合もある。
1例を示す。コイル導体は感光性ポリイミドをめっき型
とした、電解めっきで形成した。また、磁性膜は、Ｃｏ
系アモルファス膜であるＣｏＨｆＴａＰｄを使用した。
以下、各プロセスについて説明する。 Ｓｉ基板上に保護膜として、ポリイミドを塗布する。 下部磁性膜をスッパタ法で成膜する。 下部磁性膜とコイル導体間の絶縁膜として、ポリイミ
ドを塗布する。 無電解めっきの核となる白金を、スッパタ法により形
成する。 感光性ポリイミドを塗布し、コイルパターンに合わせ
てパターニングし、コイル導体のめっき型を形成する。 無電解めっき，電解めっきでコイル導体を形成する。 その上にポリイミドを塗布し、上部磁性膜との層間絶
縁膜を形成する。 上部磁性膜をスッパタ法で成膜する。 以上で、平面型（薄膜）インダクタの構造が完成する。
ウエハー内の磁性膜特性分布を抑制するために回転磁界
熱処理をしたり、一軸磁気異方性を誘導するために静止
磁界熱処理をしたりする場合もある。
【０００５】平面型コイルの形状としては、つづら折り
型，ミアンダー（ｍｅａｎｄｅｒ型），スパイラル型な
ど様々なパターンが用いられる。これらのコイルパター
ンのうち、単位面積当たりのインダクタンス値を最も大
きくできるのはスパイラル型であることから、同じイン
ダクタンス値を得るためには、より小型化が可能なスパ
イラル型が最も適しているといえる。このような構造の
平面型インダクタは、使用する周波数帯域において充分
高い性能係数Ｑを持つことが必要である。平面型インダ
クタのQ値はコイル抵抗をＲ、インダクタスをＬ、角周
波数をω（＝2πｆ（ｆ：周波数））とすると、Q＝ωＬ
／Ｒで表されるので、Qの値を大きくするには抵抗Ｒを
小さくし、インダクタスＬを大きくすることが必要であ
る。そして、高周波領域で使用する場合には、うず電流
の発生を抑え、交流抵抗Ｒａｃを低減し、コイル銅損お
よび磁性体鉄損を防ぐことも重要である。
型，ミアンダー（ｍｅａｎｄｅｒ型），スパイラル型な
ど様々なパターンが用いられる。これらのコイルパター
ンのうち、単位面積当たりのインダクタンス値を最も大
きくできるのはスパイラル型であることから、同じイン
ダクタンス値を得るためには、より小型化が可能なスパ
イラル型が最も適しているといえる。このような構造の
平面型インダクタは、使用する周波数帯域において充分
高い性能係数Ｑを持つことが必要である。平面型インダ
クタのQ値はコイル抵抗をＲ、インダクタスをＬ、角周
波数をω（＝2πｆ（ｆ：周波数））とすると、Q＝ωＬ
／Ｒで表されるので、Qの値を大きくするには抵抗Ｒを
小さくし、インダクタスＬを大きくすることが必要であ
る。そして、高周波領域で使用する場合には、うず電流
の発生を抑え、交流抵抗Ｒａｃを低減し、コイル銅損お
よび磁性体鉄損を防ぐことも重要である。
【０００６】また、このようなスパイラル型平面インダ
クタ（リアクトル）には、特に、電源回路を構成する磁
気部品として用いられる場合には、交流に直流電流を重
畳して通電することが多い。このときのインダクタの直
流重畳電流に対する特性を直流重畳特性と言い、周波数
特性とともに平面型インダクタの重要な特性の一つであ
る。磁性体の磁気飽和を抑えて良好な直流重畳特性を得
ることが重要である（大電流動作時に、高インダクタス
を得ることが重要である）。
クタ（リアクトル）には、特に、電源回路を構成する磁
気部品として用いられる場合には、交流に直流電流を重
畳して通電することが多い。このときのインダクタの直
流重畳電流に対する特性を直流重畳特性と言い、周波数
特性とともに平面型インダクタの重要な特性の一つであ
る。磁性体の磁気飽和を抑えて良好な直流重畳特性を得
ることが重要である（大電流動作時に、高インダクタス
を得ることが重要である）。
【０００７】図７（ａ），（ｂ）は、図５に示す薄膜イ
ンダクタ（４ｍｍ角，１６ｔｕｒｎ，磁性膜厚９μｍ，
コイル導体厚３５μｍ）の周波数特性、図８は、図５に
示す薄膜インダクタの直流重畳特性をそれぞれ示す。図
７（ａ）より、周波数の増加につれてＬは減少傾向，Ｒ
は上昇傾向にあり、Ｑ値は図７（ｂ）より１．２ＭＨｚ
付近で最大値を持つことが分かる。図８は駆動周波数３
ＭＨｚのときの直流重畳特性を示し、重畳電流３５０ｍ
Ａのときの薄膜インダクタの特性は、Ｌ＝０．９６μＨ
（Ｒａｃ＝４．２Ω，Ｒｄｃ＝０．９Ω，Ｑ値４．３）
となる。
ンダクタ（４ｍｍ角，１６ｔｕｒｎ，磁性膜厚９μｍ，
コイル導体厚３５μｍ）の周波数特性、図８は、図５に
示す薄膜インダクタの直流重畳特性をそれぞれ示す。図
７（ａ）より、周波数の増加につれてＬは減少傾向，Ｒ
は上昇傾向にあり、Ｑ値は図７（ｂ）より１．２ＭＨｚ
付近で最大値を持つことが分かる。図８は駆動周波数３
ＭＨｚのときの直流重畳特性を示し、重畳電流３５０ｍ
Ａのときの薄膜インダクタの特性は、Ｌ＝０．９６μＨ
（Ｒａｃ＝４．２Ω，Ｒｄｃ＝０．９Ω，Ｑ値４．３）
となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】以上のことから、従来
のものは、 １）製造工程数が多い。 ２）上部および下部の磁性体とも、スパッタリング法等
の半導体製造プロセスにより製作しているため、磁性膜
の膜厚に限界があり、良好な特性（高Ｌ，高Ｑ）が得ら
れない。また、厚膜にするには長時間を要する。 などの問題が生じる。したがって、この発明の課題は製
造工程が少なく、周波数特性，直流重畳特性の良好な平
面型磁気素子を提供することにある。
のものは、 １）製造工程数が多い。 ２）上部および下部の磁性体とも、スパッタリング法等
の半導体製造プロセスにより製作しているため、磁性膜
の膜厚に限界があり、良好な特性（高Ｌ，高Ｑ）が得ら
れない。また、厚膜にするには長時間を要する。 などの問題が生じる。したがって、この発明の課題は製
造工程が少なく、周波数特性，直流重畳特性の良好な平
面型磁気素子を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るため、この発明ではスパイラル平面コイル、絶縁体お
よび前記スパイラル平面コイルを挟み込む上部，下部磁
性体よりなる平面型磁気素子において、前記下部磁性体
をフェライト基板とし、その上に半導体製造技術により
スパイラル平面コイルおよび上部磁性体を形成すること
を特徴とする。
るため、この発明ではスパイラル平面コイル、絶縁体お
よび前記スパイラル平面コイルを挟み込む上部，下部磁
性体よりなる平面型磁気素子において、前記下部磁性体
をフェライト基板とし、その上に半導体製造技術により
スパイラル平面コイルおよび上部磁性体を形成すること
を特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１はこの発明の第1の実施の形
態を示す構成図で、同図（ａ）は組立分解図、（ｂ）は
断面図を示す。同図（ａ），（ｂ）からも明らかなよう
に、この例は図５に示す従来例の下部磁性膜４およびＳ
ｉ基板５を、フェライト基板１１に置き換えた点が特徴
で、平面コイルなどの構成は図５と同様であり（４ｍｍ
角，１６ｔｕｒｎ，コイル導体厚３５μｍ）、上部磁性
膜１の膜厚も同じ９μｍである。ここで、フェライト基
板１１としては、厚さ３００μｍのＮｉ−Ｚｎフェライ
ト〔飽和磁化０．４Ｔ，保磁力１０Ａ／ｍ（０．１２Ｏ
ｅ），電気抵抗率１０3Ωｍ〕を使用した。なお、平面
コイルをここでは１層としたが、絶縁膜を介して多層に
できることは勿論である。
態を示す構成図で、同図（ａ）は組立分解図、（ｂ）は
断面図を示す。同図（ａ），（ｂ）からも明らかなよう
に、この例は図５に示す従来例の下部磁性膜４およびＳ
ｉ基板５を、フェライト基板１１に置き換えた点が特徴
で、平面コイルなどの構成は図５と同様であり（４ｍｍ
角，１６ｔｕｒｎ，コイル導体厚３５μｍ）、上部磁性
膜１の膜厚も同じ９μｍである。ここで、フェライト基
板１１としては、厚さ３００μｍのＮｉ−Ｚｎフェライ
ト〔飽和磁化０．４Ｔ，保磁力１０Ａ／ｍ（０．１２Ｏ
ｅ），電気抵抗率１０3Ωｍ〕を使用した。なお、平面
コイルをここでは１層としたが、絶縁膜を介して多層に
できることは勿論である。
【００１１】図２にその製造プロセスを示す。なお、コ
イル導体を感光性ポリイミドをめっき型とした、電解め
っきで形成するのは図5の場合と同様である。 フェライト基板上に、フェライト基板とコイル導体間
の絶縁膜となるポリイミドを塗布する。絶縁膜は、フェ
ライト基板の保護膜も兼ねている。 無電解めっきの核となる白金を、スッパタ法により形
成する。 感光性ポリイミドを塗布し、コイルパターンに合わせ
てパターニングし、コイル導体のめっき型を形成する。 無電解めっき，電解めっきでコイル導体を形成する。 その上にポリイミドを塗布し、上部磁性膜との層間絶
縁膜を形成する。 上部磁性膜をスッパタ法で成膜する。 以上で、フェライト基板を用いた平面型インダクタの構
造が完成する。フェライト基板に、あらかじめ一軸磁気
異方性を誘導しておいても良い。こうすることで、図5
の従来例の如く上部磁性体，下部磁性体とも薄膜で構成
する薄膜インダクタの場合よりも、2工程（基板上の保
護膜形成，下部磁性膜形成の各工程）分省略できること
が分かる。
イル導体を感光性ポリイミドをめっき型とした、電解め
っきで形成するのは図5の場合と同様である。 フェライト基板上に、フェライト基板とコイル導体間
の絶縁膜となるポリイミドを塗布する。絶縁膜は、フェ
ライト基板の保護膜も兼ねている。 無電解めっきの核となる白金を、スッパタ法により形
成する。 感光性ポリイミドを塗布し、コイルパターンに合わせ
てパターニングし、コイル導体のめっき型を形成する。 無電解めっき，電解めっきでコイル導体を形成する。 その上にポリイミドを塗布し、上部磁性膜との層間絶
縁膜を形成する。 上部磁性膜をスッパタ法で成膜する。 以上で、フェライト基板を用いた平面型インダクタの構
造が完成する。フェライト基板に、あらかじめ一軸磁気
異方性を誘導しておいても良い。こうすることで、図5
の従来例の如く上部磁性体，下部磁性体とも薄膜で構成
する薄膜インダクタの場合よりも、2工程（基板上の保
護膜形成，下部磁性膜形成の各工程）分省略できること
が分かる。
【００１２】図３に、フェライト基板を用いた平面型イ
ンダクタ（４ｍｍ角，１６ｔｕｒｎ，上部磁性膜厚９μ
ｍ，コイル導体厚３５μｍ，フェライト基板厚３００μ
ｍ）の周波数特性、図４は、同じく平面型インダクタの
直流重畳特性を示す。図３（ａ）より周波数の増加につ
れてＬは減少傾向，Ｒは上昇傾向にあるのは従来例と変
わらないが、Ｌは、従来例と比較して全周波数領域（１
０ＫＨｚ〜１０ＭＨｚ）で約2倍、Ｑ値は従来例の最大
値で比較すると、１．５倍（９００ＫＨｚで５．８７）
の値を示し、良好な高周波特性が得られることが分か
る。これは、３００μｍと厚いフェライト基板を用いて
いるためにＬが大きく、かつ、（従来例の交流抵抗Ｒａ
ｃに比べ値はやや大きいが）フェライト基板の電気抵抗
率が１０3Ωｍ（ＣｏＨｆＴａＰｄでは、１０-6Ωｍ）
と大きく、高周波領域でのうず電流の発生による交流抵
抗Ｒａｃの増加が低く抑えられるためである。
ンダクタ（４ｍｍ角，１６ｔｕｒｎ，上部磁性膜厚９μ
ｍ，コイル導体厚３５μｍ，フェライト基板厚３００μ
ｍ）の周波数特性、図４は、同じく平面型インダクタの
直流重畳特性を示す。図３（ａ）より周波数の増加につ
れてＬは減少傾向，Ｒは上昇傾向にあるのは従来例と変
わらないが、Ｌは、従来例と比較して全周波数領域（１
０ＫＨｚ〜１０ＭＨｚ）で約2倍、Ｑ値は従来例の最大
値で比較すると、１．５倍（９００ＫＨｚで５．８７）
の値を示し、良好な高周波特性が得られることが分か
る。これは、３００μｍと厚いフェライト基板を用いて
いるためにＬが大きく、かつ、（従来例の交流抵抗Ｒａ
ｃに比べ値はやや大きいが）フェライト基板の電気抵抗
率が１０3Ωｍ（ＣｏＨｆＴａＰｄでは、１０-6Ωｍ）
と大きく、高周波領域でのうず電流の発生による交流抵
抗Ｒａｃの増加が低く抑えられるためである。
【００１３】図4も、図８と同じく駆動周波数３ＭＨｚ
のときの直流重畳特性を示す。重畳電流の増加に伴いＬ
は徐々に減少する傾向にあり、重畳電流３５０ｍＡのと
きの薄膜インダクタの特性は、Ｌ＝１．１３μＨ（Ｒａ
ｃ＝４．９１Ω，Ｒｄｃ＝０．９Ω，Ｑ値４．３４）
と、従来の場合の約1.2倍となる。
のときの直流重畳特性を示す。重畳電流の増加に伴いＬ
は徐々に減少する傾向にあり、重畳電流３５０ｍＡのと
きの薄膜インダクタの特性は、Ｌ＝１．１３μＨ（Ｒａ
ｃ＝４．９１Ω，Ｒｄｃ＝０．９Ω，Ｑ値４．３４）
と、従来の場合の約1.2倍となる。
【００１４】なお、以上ではインダクタについて説明し
たが、トランスの場合にも同様にして適用して同様の効
果を得ることができる。下部磁性膜およびＳｉ基板に代
えてフェライト基板を用いるようにしたので、製造工程
を削減でき、周波数特性，直流重畳特性の良好な平面型
磁気素子を提供することができる。
たが、トランスの場合にも同様にして適用して同様の効
果を得ることができる。下部磁性膜およびＳｉ基板に代
えてフェライト基板を用いるようにしたので、製造工程
を削減でき、周波数特性，直流重畳特性の良好な平面型
磁気素子を提供することができる。
【００１５】
【発明の効果】この発明によれば、従来例の下部磁性膜
およびＳｉ基板を、フェライト基板で置き換えるように
したから、製造工程が短縮されるだけでなく、周波数特
性，直流重畳特性も良好になるという利点が得られる。
およびＳｉ基板を、フェライト基板で置き換えるように
したから、製造工程が短縮されるだけでなく、周波数特
性，直流重畳特性も良好になるという利点が得られる。
【図１】この発明の実施の形態を示す構成図である。
【図２】図１の製造工程例説明図である。
【図３】この発明による平面インダクタの周波数特性説
明図である。
明図である。
【図４】この発明による平面インダクタの直流重畳特性
説明図である。
説明図である。
【図５】従来例を示す構成図である。
【図６】図５の製造工程例図である。
【図７】図５の平面インダクタの周波数特性説明図であ
る。
る。
【図８】図５の平面インダクタの直流重畳特性説明図で
ある。
ある。
１…上部磁性膜、２…絶縁膜、３…平面コイル導体部、
４…下部磁性膜、５…基板、１１…フェライト基板。
４…下部磁性膜、５…基板、１１…フェライト基板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 米澤 栄一 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5E070 AA01 AA11 AB02 AB07 BA12 BB01 CB15 DB06 EA01
Claims (1)
- 【請求項１】 スパイラル平面コイル、絶縁体および前
記スパイラル平面コイルを挟み込む上部，下部磁性体よ
りなる平面型磁気素子において、 前記下部磁性体をフェライト基板とし、その上に半導体
製造技術によりスパイラル平面コイルおよび上部磁性体
を形成することを特徴とする平面型磁気素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11212060A JP2001044034A (ja) | 1999-07-27 | 1999-07-27 | 平面型磁気素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11212060A JP2001044034A (ja) | 1999-07-27 | 1999-07-27 | 平面型磁気素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001044034A true JP2001044034A (ja) | 2001-02-16 |
Family
ID=16616212
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11212060A Pending JP2001044034A (ja) | 1999-07-27 | 1999-07-27 | 平面型磁気素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001044034A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002353030A (ja) * | 2001-05-25 | 2002-12-06 | Kawasaki Steel Corp | 表面実装型平面磁気素子および集積型回路部品 |
| KR100548388B1 (ko) * | 2004-07-20 | 2006-02-02 | 삼성전자주식회사 | 저손실 인덕터소자 및 그의 제조방법 |
| JP2009049335A (ja) * | 2007-08-23 | 2009-03-05 | Sony Corp | インダクタおよびインダクタの製造方法 |
| JP2014503118A (ja) * | 2011-01-04 | 2014-02-06 | オー・アー・セー・マイクロテック・アクチボラゲット | 平面コイルを備えるコイルアセンブリ |
-
1999
- 1999-07-27 JP JP11212060A patent/JP2001044034A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002353030A (ja) * | 2001-05-25 | 2002-12-06 | Kawasaki Steel Corp | 表面実装型平面磁気素子および集積型回路部品 |
| KR100548388B1 (ko) * | 2004-07-20 | 2006-02-02 | 삼성전자주식회사 | 저손실 인덕터소자 및 그의 제조방법 |
| JP2009049335A (ja) * | 2007-08-23 | 2009-03-05 | Sony Corp | インダクタおよびインダクタの製造方法 |
| JP2014503118A (ja) * | 2011-01-04 | 2014-02-06 | オー・アー・セー・マイクロテック・アクチボラゲット | 平面コイルを備えるコイルアセンブリ |
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