JP2001284126A - インダクタおよび基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】導体と磁性体膜の相互拡散を防止でき、自己共
振周波数を低下させずに、性能係数Ｑ値を高く保持でき
るインダクタを提供する。 【解決手段】インダクタ導体１５、２６を磁性体膜１
３、１７で被覆してなるインダクタであって、インダク
タ導体１５、２６と磁性体膜１３、１７との間に拡散防
止膜１４、１６を形成してなるもので、拡散防止膜１
４、１６は、ＴｉＮ、ＷおよびＰｔのうち少なくとも一
種からなることが望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気回路素子とし
て用いられるインダクタおよび基板に関し、特に、例え
ば、プリント配線基板、セラミック基板等の母基板に設
けられるインダクタおよび基板に関するものである。

【０００２】

【従来技術】従来、インダクタとしては、ミアンダ型や
スパイラル型が知られている。ミアンダ型は、インダク
タ線路が蛇行した川のような構造を有するもので、隣設
する線路に流れる電流はお互いに逆方向になっており、
このようなミアンダ型は製造が容易であり、中程度のイ
ンダクタンスが得られるという特徴がある。

【０００３】一方、スパイラル型は、インダクタ線路が
渦巻き状の構造を有するものであり、隣接する導体に流
れる電流はお互いに同方向になっており、このようなス
パイラル型は、比較的大きなインダクタンスが得られる
という特徴がある。

【０００４】従来のインダクタ素子としては、特開平１
１−１２１２３７号公報に開示されたようなものが知ら
れている。この公報に開示されたインダクタ素子は、図
４に示すように、スパイラル形状の平面積層型であり、
シリコン等の下地基板上に絶縁膜が形成され、その上
に、インダクタ線路１が形成されている。このインダク
タ線路１は、インダクタ導体２を磁性体膜３で取り囲
み、これを絶縁体４で取り囲み、その上下に磁性体膜
５、６を形成して構成されている。

【０００５】即ち、この公報に開示されたインダクタ素
子は、インダクタ導体２が磁性体膜３により被覆された
状態で絶縁体４中に埋没され、この絶縁体４の上下面に
磁性膜５、６が形成されている。

【０００６】そして、インダクタ導体２の積層方向の厚
みは２７μｍ、インダクタ導体２を被覆する磁性体膜３
の厚みは３μｍ、絶縁体４の上下面に形成された磁性体
膜５、６の厚みは３ｍｍとされ、磁性体膜５、６と磁性
体膜３間に形成された絶縁体の厚みはそれぞれ１０μｍ
とされていた。

【０００７】このようなインダクタ素子では、インダク
タ導体２を磁性体膜３で覆うようにしているため、磁性
体膜３がインダクタ導体２を垂直に鎖交する渡り磁束を
回避できる。即ち、通過する磁束が少なくなるため、銅
損（うず電流損）を低減できる。性能係数Ｑ値は、コイ
ル抵抗をＲ、インダクタンスをＬ、駆動角周波数をωと
すると、Ｑ＝ωＬ／Ｒと表されるため、上記公報に開示
されたインダクタ素子では、銅損が低減し、コイル抵抗
Ｒが低減するため、性能係数Ｑ値を大きくすることがで
きる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
１１−１２１２３７号公報に開示されたインダクタ素子
では、磁性体膜３、５、６の軟磁性化のための熱処理、
表面実装用半田のリフロー工程など３００℃以上の温度
環境を経る時に、インダクタ導体２と磁性体膜３との間
で相互拡散が生じ、これにより、インダクタ導体２では
磁性体膜３材料が拡散することにより抵抗値が増大し、
磁性体膜３ではインダクタ導体２材料が拡散することに
より磁気特性が劣化し、自己共振周波数が低下し、性能
係数Ｑ値が小さくさくなるという問題があった。

【０００９】本発明は、インダクタ導体と磁性体膜との
間の相互拡散を防止して、自己共振周波数を低下させる
ことなく、性能係数Ｑ値を高く維持できるインダクタを
提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のインダクタ素子
は、インダクタ導体を磁性体膜で被覆してなるインダク
タであって、前記インダクタ導体と前記磁性体膜との間
に拡散防止膜を形成してなるものである。

【００１１】このように、インダクタ導体を磁性体膜で
被覆することによりシールドが形成され、磁束シールド
効果により性能係数Ｑ値を高くすることができるととも
に、インダクタ導体と磁性体膜の間に拡散防止膜を形成
することにより、例えば、インダクタ製造工程中の３０
０℃以上の温度環境を経た後においても、インダクタ導
体と磁性体膜の相互拡散を防止でき、自己共振周波数を
低下させることなく、性能係数Ｑ値を高く保持すること
ができる。

【００１２】また、本発明のインダクタ素子は、拡散防
止膜が、ＴｉＮ、ＷおよびＰｔのうち少なくとも一種か
らなることにより、インダクタ導体と磁性体膜の間での
浮遊容量を発生させることがなく、自己共振周波数を高
く維持し、性能係数Ｑ値を高く保持することができる。

【００１３】拡散防止膜の厚みは１０〜１００ｎｍであ
ることが望ましい。これにより、インダクタ導体と磁性
体膜の相互拡散を確実に防止できる。

【００１４】さらにまた、インダクタ導体および／また
は磁性体膜と、拡散防止膜との間に密着膜を形成するこ
とにより、これらのインダクタ導体と拡散防止膜、磁性
体膜と拡散防止膜との密着性（接合強度）を確保した状
態で、自己共振周波数を低下させずに、性能係数Ｑ値を
高く保持することができる。

【００１５】密着膜としてＴｉおよび／またはＣｒなど
の導体を用いることで、インダクタ導体と拡散防止膜、
磁性体膜と拡散防止膜との密着性（接合強度）を確実に
確保できる。本発明の基板は、基体の内部および／また
は表面に上記したインダクタを設けてなるものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は本発明のインダクタ（薄膜
インダクタ）の一例を示すもので、このインダクタは、
図１に示すように、絶縁基板１１上にスパイラル状のイ
ンダクタ線路１２を設けて構成されており、インダクタ
線路１２は、図２に示すように、インダクタ導体１５
と、該インダクタ導体１５の周りを取り囲む拡散防止膜
１４、１６と、該拡散防止膜１４、１６の表面にそれぞ
れ形成された磁性体膜１３、１７とから構成されてい
る。尚、図２は図１中のＡ−Ａ線に沿った断面を示す。

【００１７】即ち、インダクタ導体１５は磁性体膜１
３、１７により被覆されており、インダクタ導体１５と
磁性体膜１３、１７との間には、拡散防止膜１４、１６
がインダクタ導体１５を被覆して形成されている。尚、
図２では、製造工程では磁性体膜１３、１７がそれぞれ
別個に作製されるため別個に符号を付して記載したが、
インダクタ作製後では一体となる。拡散防止膜１４、１
６も同様である。

【００１８】このように、インダクタ導体１５が拡散防
止膜１４、１６および磁性体膜１３、１７により取り囲
まれた構造のインダクタ線路１２は、写真製版技術、ス
パッタリング、ＣＶＤ、蒸着などの成膜技術により基板
１１上に形成できる。

【００１９】例えば、先ず、スパッタリング法により、
絶縁基板１１上に磁性体膜１３を形成し、その上に拡散
防止膜１４、導体膜１５を順次積層する。この際に、磁
性体膜１３の幅方向の両側が少々残るように拡散防止膜
１４を形成し、この拡散防止膜１４の幅方向の両側が少
々残るように導体膜１５を形成する。

【００２０】この後、インダクタ導体１５上に、拡散防
止膜１４の幅方向両側まで被覆するように拡散防止膜１
６を形成し、この拡散防止膜１６の上面に、磁性体膜１
３の幅方向両側まで被覆するように磁性体膜１７を形成
することにより、本発明のインダクタが作製される。

【００２１】インダクタは、そのインダクタ線路１２の
形状により種々のものが存在する。図１ではスパイラル
型を示しているが、ミアンダ型、また他の種のインダク
タにも適用できる。

【００２２】絶縁基板１１としては絶縁性を有するもの
であれば何れでも良いが、特にＡｌ ₂Ｏ₃が好適であり、
ガラス、シリコンなども適用できる。

【００２３】インダクタ導体１５は写真製版技術、スパ
ッタリング等の成膜技術により作製されるが、写真製版
技術以外にマスクによるパターニングも可能である。成
膜方法としては、スパッタリング以外にも真空蒸着、メ
ッキ法も適用することができる。導体材料としては、Ａ
ｕあるいはＣｕが好適であるが、Ａｌ、Ａｇなども適用
できる。

【００２４】磁性体膜１３、１７の材料としては、Ｆｅ
Ｎｉ、ＦｅＳｉＡｌ、Ｃｏ系アモルファス合金が適用で
きる。さらに、ＦｅＡｌＯ、軟磁性フェライト等の高比
抵抗率材料が好適である。

【００２５】拡散防止膜１４、１６の材料としては、Ｔ
ｉＮ、ＷおよびＰｔのうち少なくとも一種が用いられて
いるが、これらのうちでも、エッチング加工が容易とい
う点からＴｉＮが望ましい。

【００２６】また、拡散防止膜１４、１６の厚みは１０
〜１００ｎｍとされている。この範囲内ならば、拡散防
止膜１４、１６の連続性を確保でき、拡散防止効果が大
きいからであり、インダクタ導体１５と磁性体膜１３、
１７との距離がそれ程離れることがないため、磁束シー
ルド効果が大きいからである。一方、拡散防止膜１４、
１６の厚みが１０ｎｍ未満の場合、拡散防止膜１６の不
連続性となり易いため拡散防止効果が小さく、１００ｎ
ｍを越える場合には、導体膜と磁性体膜の距離が離れ、
磁束シールド効果が薄れ性能係数Ｑ値が低下する傾向に
あるからである。

【００２７】尚、図１において、符号１９は、インダク
タ導体１５に接続された一対の外部接続端子であり、こ
のような外部接続端子１９はハンダボールにより形成さ
れており、母基板の電極に、外部接続端子１９を当接し
た状態で熱処理することにより、母基板に本発明のイン
ダクタが実装される。

【００２８】以上のように構成されたインダクタでは、
インダクタ導体１５の周囲を磁性体膜１３、１７で取り
囲むことにより磁束シールド効果が働き、性能係数Ｑ値
を高くすることができる。

【００２９】また、磁性体膜１３，１７の軟磁性化のた
めの熱処理、表面実装用半田のリフロー工程などで３０
０℃以上の温度環境（熱処理工程）を経るが、本発明で
は、インダクタ導体１５と磁性体膜１３、１７との間に
は、拡散防止膜１４、１６がインダクタ導体１５を被覆
して形成されているので、拡散防止膜１４、１６により
インダクタ導体１５と磁性体膜１３、１７の相互拡散を
防ぐことができ、これによりインダクタ導体１５の抵抗
増加、磁性体膜１３、１７の磁気特性劣化を防止でき、
性能係数Ｑ値を高く保持することができる。

【００３０】また、拡散防止膜１４、１６として絶縁体
を用いることは、相互材料の拡散防止効果が大きいが、
絶縁体を使うとインダクタ導体１５と磁性体膜１３，１
７の間で容量が形成され、自己共振周波数を低下させて
しまう。例えば、図１に示すスパイラル型のインダクタ
において、インダクタ導体１５、インダクタ導体１５間
隔がともに０．１ｍｍ、外形寸法が１ｍｍ角の場合、イ
ンダクタンスはおよそ５ｎＨである。この形状で拡散防
止膜１４，１６として絶縁体、例えば１μｍ厚みのＳｉ
Ｏ２ を用いた場、およそ４００ｐＦの容量が形成さ
れ、１００ＭＨｚ付近でＬＣ共振を起し、この周波数よ
り高い領域で動作しなくなる。

【００３１】本発明では、拡散防止膜１４、１６の材質
をＴｉＮ、ＷおよびＰｔなどの導体を用いることで、上
記問題であるインダクタ導体１５と磁性体膜１３、１７
の間での浮遊容量を発生させることがないため、自己共
振周波数を低下させずに拡散防止効果が大きく、性能係
数Ｑ値を高く保持することができる。

【００３２】図３は本発明の他のインダクタンスを示す
もので、この例では、磁性体膜１３、１７と拡散防止膜
１４、１６との間に、磁性体膜１３、１７を被覆するよ
うに密着膜２４、２７が形成されている。尚、図３で
は、製造工程ではそれぞれ別個に作製されるため密着膜
２４、２７をそれぞれ別個に記載したが、インダクタ作
製後においては一体となっている。

【００３３】密着膜２４、２７の厚みは０．０３〜０．
１μｍが望ましい。この範囲内とすることにより、磁性
体膜による磁束シールドを損なうことなく、密着力を確
保することができる。

【００３４】このように、磁性体膜１３、１７と拡散防
止膜１４、１６との間に、密着膜２４，２７を形成する
ことにより、磁性体膜１３、１７と拡散防止膜１４、１
６との接合強度を向上できる。

【００３５】密着膜２４、２７としては、Ｔｉおよび／
またはＣｒの導体を用いることが望ましい。このような
材料を用いることにより、磁性体膜１３、１７と拡散防
止膜１４、１６との密着性を確保できるとともに、磁性
体膜１３、１７と拡散防止膜１４、１６との間に浮遊容
量を発生させることがなく、また自己共振周波数を低下
させずに、性能係数Ｑ値を高く保持することができる。

【００３６】尚、インダクタ導体１５と拡散防止膜１
４、１６との間に密着膜を形成しても良く、この場合に
はインダクタ導体１５と拡散防止膜１４、１６と接合強
度を向上できる。また、磁性体膜１３、１７と拡散防止
膜１４、１６との間、およびインダクタ導体１５と拡散
防止膜１４、１６の間に密着膜を形成することが最も望
ましい。

【００３７】

【実施例】実施例１ まず、図２に示すように、アルミナ基板１１上にスパッ
タ法にてＦｅＳｉＡｌ合金膜１３を２μｍ成膜した。次
にポジ型フォトレジストを磁性膜１３上に形成し、パタ
ーンを形成した後、塩化第二鉄水溶液でエッチングし、
ポジ型フォトレジストを除去した。

【００３８】次に、拡散防止膜１４であるＴｉＮを反応
性スパッタリングで０．０５μｍ成膜した。ＴｉＮは磁
性膜１３と同様の方法でパターニングするが、磁性膜１
３よりも片側５μｍ小さいパターンとした。

【００３９】次に、インダクタ導体１５であるＡｕをス
パッタ法で２μｍ成膜し、同様の方法で拡散防止膜１４
よりも片側５μｍ小さいパターンとした。この場合のエ
ッチング液はＫＣＮ水溶液とした。以降、同様に、拡散
防止膜１６であるＴｉＮを０．０５μｍ、磁性膜１７で
あるＦｅＳｉＡｌ合金膜を２μｍ成膜し、エッチング加
工した。

【００４０】そして、磁性膜１３，１７の軟磁性化のた
めに真空中で６００℃、１時間保持の熱処理を施した。
図１において、インダクタ線路１２の幅は０．１ｍｍ、
インダクタ線路１２の線路間の距離を０．１ｍｍとし、
外形寸法は１ｍｍ×１ｍｍとした。 実施例２ また、図３に示すインダクタを作製した。まず、磁性膜
１３であるＦｅＳｉＡｌ合金膜の２μｍを成膜し、エッ
チング加工の後に、密着層２４であるＴｉをスパッタ法
で０．０５μｍ成膜し、磁性膜１３よりも片側５μｍ小
さいパターンを形成した。この場合のエッチング液はＨ
Ｆ＋ＨＮ₃＋Ｈ₂Ｏとした。拡散防止膜１４、インダクタ
導体１５、拡散防止膜１６までは上記と同様にして形成
した。その後、密着層２７であるＴｉをスパッタ法で
０．０５μｍ成膜し、最後に、磁性膜１７であるＦｅＳ
ｉＡｌ合金膜の２μｍ成膜し、エッチング加工した。そ
して、上記と同様に真空中で６００℃、１時間保持の熱
処理を施した。

【００４１】比較のために、図２の例において拡散防止
膜１４，１６を形成しない試料を作製した。

【００４２】磁性膜の透磁率は外形２０ｍｍ、内径５ｍ
ｍのドーナツ型試料を用い、検出コイルに生ずる誘導起
電力から算出する方法で測定した。インダクタンスとＱ
値をインピーダンスアナライザーで測定した。また、第
１、第２実施例１００個のうち、熱処理における導体膜
と基板との剥離状況を観察して剥離していないものの比
率を記載した。その結果を表１に記載した。

【００４３】

【表１】

【００４４】この表１から、拡散防止膜のない比較例
（従来例）では、磁性膜の透磁率が低いことがわかる。
これは６００℃の熱処理で導体と磁性体膜が相互拡散
し、磁性膜の磁気特性が劣化したためと考えられる。拡
散防止膜を導体と磁性体膜の間に挿入した第１、第２の
実施例では透磁率が高いことがわかる。

【００４５】このように作製したインダクタのインダク
タンスとＱ値は表のように比較例のインダクタンスとＱ
値に対し、本発明の実施例ではともに高くなっている。
密着歩留まりに関しては、第２実施例では密着層を入れ
たことにより、剥離による不良が低減し、第１実施例よ
り高い密着歩留まりが確保できることがわかる。

【００４６】

【発明の効果】本発明のインダクタでは、インダクタ導
体を磁性体膜で被覆することによりシールドが形成さ
れ、磁束シールド効果により性能係数Ｑ値を高くするこ
とができるとともに、インダクタ導体と磁性体膜の間に
拡散防止膜を形成することにより、例えば、インダクタ
製造工程中の３００℃以上の温度環境を経た後において
も、インダクタ導体と磁性体膜の相互拡散を防止でき、
自己共振周波数を低下させることなく、性能係数Ｑ値を
高く保持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスパイラル型のインダクタを示す平面
図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。

【図３】本発明の他のインダクタを示す断面図である。

【図４】従来のスパイラル型インダクタ素子を示す断面
図である。

【符号の説明】

１１・・・基板 １２・・・インダクタ線路 １５、２６・・・インダクタ導体 １３、１７・・・磁性体膜 １４、１６・・・拡散防止膜 ２４、２７・・・密着膜

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】インダクタ導体を磁性体膜で被覆してなる
   インダクタであって、前記インダクタ導体と前記磁性体
   膜との間に拡散防止膜を形成してなることを特徴とする
   インダクタ。
2. 【請求項２】拡散防止膜が、ＴｉＮ、ＷおよびＰｔのう
   ち少なくとも一種からなることを特徴とする請求項１記
   載のインダクタ。
3. 【請求項３】インダクタ導体および／または磁性体膜
   と、拡散防止膜との間に密着膜を形成してなることを特
   徴とする請求項１乃至２のうちいずれかに記載のインダ
   クタ。
4. 【請求項４】密着膜が、Ｔｉおよび／またはＣｒからな
   ることを特徴とする請求項３記載のインダクタ。
5. 【請求項５】基体の内部および／または表面に、請求項
   １及至４のうちいずれかに記載のインダクタを設けてな
   る基板。