JP2001319813A

JP2001319813A - インダクティブ素子

Info

Publication number: JP2001319813A
Application number: JP2000136676A
Authority: JP
Inventors: Eiichi Komai; 栄一駒井
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2000-05-10
Filing date: 2000-05-10
Publication date: 2001-11-16

Abstract

(57)【要約】【課題】コイル層が平面的に巻き回されて形成された
インダクティブ素子では、損失等価抵抗が高かった。【解決手段】コイル層１２の１ターンの電流路を構成す
る導体が、前記電流路に沿う方向に延びるスリット１２
ｃによって、幅方向に３本以上の分割導体部１２ｄ₁、
１２ｄ₂、１２ｄ₃に分割され、最外周側の分割導体部１
２ｄ₁と最内周側の分割導体部１２ｄ₂の幅寸法が、分割
導体部１２ｄ₃の幅寸法よりも小さく形成されることに
より、コイル層１２で発生する渦電流損失を低減するこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、成膜プロセスを含
む工程で製造されるインダクティブ素子に係り、特にコ
イル層における損失を低減できるインダクティブ素子に
関する。

【０００２】

【従来の技術】携帯電話に代表される情報通信電子機器
は、小型化軽量化による携帯性及び動作時間の長時間化
の実現により急速に普及している。電子機器の小型化軽
量化に伴い電力供給源である電源の小型化軽量化に対す
る要求も増しており、スイッチング電源のエネルギー蓄
積素子であるインダクタをより小型化する必要が生じて
いる。

【０００３】小型化されたインダクタの一形態として、
コイル層の上下に絶縁層を介して磁性薄膜を配置する内
部コイル型インダクタが挙げられる。詳述すると、内部
コイル型インダクタは、基板上に第１の磁性層が形成さ
れ、第１の磁性層の上に絶縁層を介してコイル層が形成
され、さらに、コイル層の上に絶縁層を介して、第２の
磁性層が形成されて構成されている。

【０００４】図１０は、従来の内部コイル型インダクタ
におけるコイル層の平面図である。このインダクタで
は、基板上に絶縁層（図示せず）を介して第１の磁性層
（図示せず）が形成され、前記磁性層上にポリイミド樹
脂やＡｌ₂Ｏ₃などの非磁性体からなる絶縁層１が積層さ
れている。絶縁層１上に平面的にスパイラル状に巻かれ
た導体によりコイル層２が形成される。コイル層２上
に、絶縁層（図示せず）を介して第２の磁性層（図示せ
ず）が形成される。

【０００５】コイル層２の巻き中心２ａ及び巻き外端２
ｂは、絶縁層１と絶縁層１の下層に形成された前記磁性
層に開けられたスルーホールを通じて取り出し電極（図
示せず）に接続されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】内部コイル型インダク
タの損失は、コイル層２の直流損失及び交流損失並びに
磁性層の損失からなる。このうち、コイル層２の交流損
失は、表皮効果及び渦電流損失を由来とする。

【０００７】コイル層２の巻き中心２ａと巻き外端２ｂ
から交流電流を供給すると、コイル層２内を流れる交流
電流から誘起される磁束が、コイル層の上下に形成され
た前記第１の磁性層及び第２の磁性層内に誘導され、コ
イル層２を透過する磁束（以下、渡り磁束と称する）が
生じる。この渡り磁束がコイル層２内を透過すると、逆
起電力が生じ、コイル層２内に渦電流が流れ、渦電流損
失が発生する。

【０００８】コイル層２を形成する所定幅の導体が、図
１０に示されるように、平面的に複数ターンに巻かれて
形成されていると、インダクタに与えられた交流電流と
渦電流が導体内で干渉しあい、インダクタの損失を増大
させる原因となっていた。

【０００９】本発明は、上記従来の課題を解決するため
のものであり、コイル層を形成する導体を分割すること
により、インダクティブ素子に与えられた交流電流と渦
電流が導体内で干渉しあうことを抑制することができ、
損失を低減することのできるインダクティブ素子を提供
することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、所定幅の導体
が平面的に１ターンまたは複数ターンに巻かれて形成さ
れたコイル層の上及び／または下に、絶縁層を介して少
なくとも一つの磁性層が形成されてなるインダクティブ
素子において、前記コイル層は、１ターンの電流路を構
成する導体が、前記電流路に沿う方向に延びるスリット
によって、幅方向に３本以上の分割導体部に分割され、
最外周側の分割導体部及び最内周側の分割導体部の幅寸
法が他の分割導体部の幅寸法よりも小さく形成されてお
り、かつ前記分割導体部は前記コイル層の少なくとも両
端部において互いに接続されていることを特徴とするも
のである。

【００１１】本発明では、前記コイル層の１ターンの電
流路を構成する導体が、前記電流路に沿う方向に延びる
スリットによって、幅方向に３本以上の分割導体部に分
割され、最外周側の分割導体部と最内周側の分割導体部
の幅寸法が、他の分割導体部の幅寸法よりも小さく形成
されることにより、インダクティブ素子に与えられた交
流電流と渦電流が導体内で干渉しあうことを抑制し、コ
イル層で発生する渦電流損失を低減することができる。

【００１２】また、前記コイル層は、前記導体が複数タ
ーンに巻かれて形成されたものであり、損失等価抵抗が
最も低い値を示すターンよりも内側のターンに、前記分
割導体部が形成されていてもよい。

【００１３】前記コイル層を形成する前記導体の損失等
価抵抗は、各ターンによって異なる。本発明では、損失
等価抵抗が最も低い値を示すターンよりも内側のターン
の導体に前記分割導体部を形成することによって、コイ
ル層全体の損失等価抵抗を低減することができる。

【００１４】本発明では、前記分割導体部を、主に渦電
流が流れる渦電流送電部と主に主電流が流れる主電流送
電部からなるものとして形成できる。

【００１５】特に、前記３本以上の分割導体部のうち、
最外周側の分割導体部及び最内周側の分割導体部が渦電
流送電部として機能し、他の分割導体部が主電流送電部
として機能するものとして、前記分割導体部を形成でき
る。

【００１６】本発明において、インダクティブ素子に与
えられた交流電流（主電流）と渦電流が導体内で干渉し
あうことを抑制することができるのは、分割されたそれ
ぞれの分割導体部が、主に渦電流が流れる渦電流送電部
と、主に主電流が流れる主電流送電部に分かれて機能す
るためである。

【００１７】渡り磁束によって、コイル層に発生する渦
電流は、コイル層を形成する導体の外周側及び内周側を
流れようとする性質がある。本発明のように、前記導体
が、幅方向に３本以上の分割導体部に分割して形成され
ていると、最外周側の分割導体部及び最内周側の分割導
体部に渦電流が流れ、他の分割導体部に主電流が流れる
ようにすることができる。

【００１８】また、前記コイル層を形成する導体の厚さ
が、前記交流信号の周波数ｆにおける表皮厚δ＝√（ρ
／πｆμ）の２倍より薄いと、前記コイル層の交流損失
の原因となる表皮効果の影響をなくすことができる。た
だし、ρは前記導体を形成する材料の比抵抗、μは前記
導体を形成する材料の透磁率である。

【００１９】本発明は、前記交流信号の周波数ｆが１Ｍ
Ｈｚ以上であるときに、特に有効である。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の形態を示
す薄膜インダクタ（インダクティブ素子）を示す部分断
面図であり、図２はコイル層１２を示す平面図である。

【００２１】図１に示すように、本実施の形態における
薄膜インダクタＬは、基板上に第１の磁性層１１と、前
記第１の磁性層１１の上に、例えばＳｉＯ₂等の絶縁材
料で形成された絶縁層（図示しない）を介して形成され
たコイル層１２と、このコイル層１２の上に絶縁層（図
示しない）を介して形成された第２の磁性層１３とを有
して構成されている。

【００２２】コイル層１２の巻き中心１２ａは、例えば
第１の磁性層１１の中央に開けられたスルーホール１１
ａを通って、外部に通じる取り出し電極（図示しない）
に電気的に接されている。また図２に示すコイル層１２
の巻き外端１２ｂも、他の取り出し電極に電気的に接続
された状態になっている。

【００２３】本実施の形態では、磁性層１１，１３を例
えば、組成式が、Ｆｅ_47.2Ｈｆ_16.8Ｏ_36.0で表される軟
磁性材料を用いて形成することができる。

【００２４】組成式が、Ｆｅ_47.2Ｈｆ_16.8Ｏ_36.0で表さ
れる軟磁性材料を用いて形成された磁性層１１、１３の
磁気特性を測定すると、静磁場中で４００℃のアニール
後の比抵抗は１１６７μΩ・ｃｍであり、１００ＭＨｚ
までの比透磁率は９２６、飽和磁化は０．９７Ｔであっ
た。

【００２５】本実施の形態のように、磁性層１１，１３
が、比抵抗が１０００μΩ・ｃｍ以上の磁性材料を用い
て形成されているとインダクティブ素子の損失の原因と
なるコイル層１２の損失及び磁性層１１，１３の損失の
うち、磁性層１１，１３の損失が低減され、インダクテ
ィブ素子の損失の大きな部分をコイル層１２における損
失が占めるようになる。

【００２６】なお本発明では、磁性層１１，１３を、例
えばマグネトロンスパッタ、ＲＦ２極スパッタ、ＲＦ３
極スパッタ、イオンビームスパッタ、対向ターゲット式
スパッタ等の既存するスパッタ装置を用いたスパッタ法
によって形成することができる。また本発明では、スパ
ッタ法の他、蒸着法やＭＢＥ（モレキュラー−ビーム−
エピタキシー）法、ＩＣＢ（イオン−クラスター−ビー
ム）法などの成膜プロセスが使用可能である。

【００２７】磁性膜１１、１３は、実効透磁率の高い高
周波特性に優れた軟磁性膜で形成されることが好まし
く、上述した組成の軟磁性材料以外に例えば、特開平６
−３１６７４８号公報に記載されているＦｅ−Ｍ−Ｏ系
軟磁性材料（但し、Ｍは、Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔ
ａ，Ｍｏ，Ｗ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｃｒ，Ｐ，Ｃ，Ｂ，Ｇａ，
Ｇｅと希土類元素から選ばれる１種あるいは２種以上の
元素）あるいは特開平１０−２５５３０号公報に記載さ
れているＣｏ−Ｆｅ−Ｅ−Ｏ系軟磁性材料（但し、元素
Ｅは、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ａ
ｌ，Ｓｉ，Ｃｒ，Ｐ，Ｃ，Ｂ，Ｇａ，Ｇｅと希土類元素
から選ばれる１種または２種以上の元素）や、Ｃｏ−Ｔ
ａ−Ｈｆ、Ｃｏ−Ｔａ−Ｈｆ−Ｐｄ、Ｃｏ−Ｚｒ−Ｎ
ｂ、Ｃｏ−Ｚｒ−Ｔａ、あるいはＣｏ−Ｈｆ−Ｎｂ等に
より形成される。

【００２８】なお希土類元素とは、ランタニド元素（Ｌ
ａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔ
ｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｎ）及びＳｃ，
Ｙの１７元素のことを示している。

【００２９】本発明では、磁性層１１と磁性層１３との
間の間隔（ギャップ長）ｔ_gapを５０〜８０μｍの範囲
で形成できる。

【００３０】図２に示すように、前記第１の磁性層１１
上に形成されるコイル層１２は平面的に正方形螺旋状に
形成されており、前記コイル層１２は例えば銅などの電
気抵抗の低い導電性材料でパターン形成される。

【００３１】コイル層１２は、１ターンの電流路を構成
する導体が、前記電流路に沿う方向に延びるスリット１
２ｃ，１２ｃによって、幅方向に３本の分割導体部１２
ｄ₁，１２ｄ₂，１２ｄ₃に分割されている。分割導体部
１２ｄ₁，１２ｄ₂，１２ｄ₃はコイル層１２の両端部で
ある巻き中心１２ａ及び巻き外端１２ｂにおいて互いに
接続されて一つのコイル層１２を形成している。

【００３２】本実施の形態では、分割導体部１２ｄ₁，
１２ｄ₂，１２ｄ₃はコイル層１２の巻き中心１２ａ及び
巻き外端１２ｂにおいてのみ互いに接続されている。た
だし、分割導体部１２ｄ₁，１２ｄ₂，１２ｄ₃は、コイ
ル層１２の巻き中心１２ａ及び巻き外端１２ｂ以外の、
直線部または折り曲がり部において、互いに接続されて
いてもよい。

【００３３】また、本実施の形態では、１ターンの電流
路を構成する導体が、幅方向に３本の分割導体部１２ｄ
₁，１２ｄ₂，１２ｄ₃に分割されているが、前記導体が
４本以上の分割導体部に分割されてもよい。

【００３４】コイル層１２の巻き中心１２ａと巻き外端
１２ｂから交流電流を供給すると、コイル層１２内を流
れる交流電流から誘起される磁束が、磁性層１１，１３
内に誘導され、コイル層１２を透過する渡り磁束Ａが生
じる。渡り磁束Ａがコイル層１２内を透過すると、逆起
電力が生じ、コイル層１２内に渦電流Ｂが流れる。

【００３５】本実施の形態の薄膜インダクタＬでは、渦
電流Ｂは、主に、コイル層１２の最外周側の分割導体部
１２ｄ₁と最内周側の分割導体部１２ｄ₂に流れる。ま
た、コイル層に供給された交流電流（主電流）は、主に
中央の分割導体部１２ｄ₃に流れる。すなわち、分割導
体部１２ｄ₁及び１２ｄ₂が渦電流送電部として機能し、
分割導体部１２ｄ₃が主電流送電部として機能する。

【００３６】図２に示されるように、コイル層１２の最
外周側の分割導体部１２ｄ₁を流れる外周渦電流Ｂ１が
巻き外端１２ｂに向って流れ、巻き外端１２ｂで折り返
して、コイル層１２の最内周側の分割導体部１２ｄ₂を
流れる内周渦電流Ｂ２となって、巻き中心１２ａに向っ
て流れる。内周渦電流Ｂ２は、巻き中心１２ａで折り返
して、外周渦電流Ｂ１となる。すなわち、渦電流Ｂは、
分割導体部１２ｄ₁及び分割導体部１２ｄ₂内で環流して
いる。

【００３７】本実施の形態のように、渦電流送電部とし
て機能する最外周側の分割導体部１２ｄ₁の幅寸法ｌ_w1
と最内周側の分割導体部１２ｄ₂の幅寸法ｌ_w2が、主電
流送電部として機能する中央の分割導体部１２ｄ₃の幅
寸法ｌ_w3よりも小さく形成されていると、分割導体部１
２ｄ₁及び分割導体部１２ｄ₂の断面積が減少して抵抗値
が増大し、渦電流Ｂが流れにくくなる。すなわち、コイ
ル層１２における渦電流損を抑制することができる。

【００３８】なおコイル層１２は、銅の他に、銀、金、
アルミニウムあるいはこれらの合金などの良導電性金属
材料から成る。またコイル層１２の形状は、上記したス
パイラル形状に限らず、例えばミアンダ形状等であって
もよい。

【００３９】また、コイル層１２の導体厚ｔ_coが、薄膜
インダクタに供給される交流信号の周波数ｆにおける表
皮厚δ＝√（ρ／πｆμ）の２倍より薄いと、コイル層
１２の交流損失の一因である表皮効果の影響をなくすこ
とができる。ただし、ρはコイル層１２を形成する材料
の比抵抗、μはコイル層１２を形成する材料の透磁率で
ある。

【００４０】表皮効果とは、導体に高周波電流が与えら
れると、電流は導体の表面の限られた厚みの部分を主に
流れようとする現象である。

【００４１】コイル層１２の材料として、銅を用いるこ
とができる。銅の比抵抗は、理論値でρ＝１．７８μΩ
・ｃｍであり、また銅の透磁率μ＝１である。コイル層
１２の材料が銅であり、駆動周波数が６ＭＨｚのとき表
皮厚δは、理論的には、δ＝３０．７μｍである。

【００４２】ただし、実際に銅を用いてコイル層１２を
形成すると、コイル層１２の比抵抗は２μΩ・ｃｍ程度
となり、このとき、駆動周波数が６ＭＨｚのときの表皮
厚δは、δ＝３２．６μｍ程度である。

【００４３】また、コイル層の材料として銀やアルミニ
ウムを用いることもできるが、銀やアルミニウムの比抵
抗は、１．５〜２．５μΩ・ｃｍ程度となる。このと
き、駆動周波数が６ＭＨｚのときの表皮厚δは、δ＝２
８〜３７μｍ程度である。

【００４４】従って、コイル層１２の導体厚ｔ_coを設定
するときには、コイル層１２の導体厚ｔ_coを２δ＝５０
〜８０μｍ以下にすれば、表皮効果によるコイル層１２
の損失をなくすことができる。

【００４５】図１及び図２では、コイル層１２の巻き数
を、図を分かりやすくする都合上、３ターンとしている
が、実際に本発明の薄膜インダクタを形成するときに
は、この巻き数を、４〜２０ターンにするのが適切であ
る。

【００４６】図３は、本発明の他の実施の形態の薄膜イ
ンダクタのコイル層を示す平面図である。

【００４７】図３の薄膜インダクタも、図１及び図２に
示された薄膜インダクタと同様に、基板上に第１の磁性
層と、前記第１の磁性層の上に、絶縁層を介して形成さ
れたコイル層２２と、このコイル層２２の上に絶縁層を
介して形成された第２の磁性層とを有して構成されてい
る。

【００４８】コイル層２２の巻き中心２２ａ及び巻き外
端２２ｂは、取り出し電極に電気的に接続された状態に
なっている。

【００４９】本実施の形態では、分割導体部２２ｄ₁，
２２ｄ₂，２２ｄ₃は、コイル層２２の全長にわたって、
すなわち、巻き中心２２ａ付近から巻き外端２２ｂ付近
にわたって形成されておらず、巻き中心２２ａに最も近
い第３ターンにのみ形成されている。

【００５０】ここで、コイル層を形成する導体の各ター
ンの数え方は、巻き外端２２ｂに最も近い方から、第１
ターン、第２ターン、第３ターンと数えている。また、
第１ターンは、巻き外端２２ｂから折り曲がり部２２ｅ
１まで、第２ターンは折り曲がり部２２ｅ１から折り曲
がり部２２ｅ２まで、第３ターンは折り曲がり部２２ｅ
２から折り曲がり部２２ｅ３までとしている。

【００５１】コイル層２２を形成する導体の損失等価抵
抗は、後述するように、各ターンによって異なる。本発
明では、損失等価抵抗が最も低い値を示すターンよりも
内側のターンの導体に分割導体部２２ｄ₁，２２ｄ₂，２
２ｄ₃を形成することによって、コイル層２２全体の損
失等価抵抗を低減することができる。

【００５２】なお、図３において、第３ターンにのみ分
割導体部２２ｄ₁，２２ｄ₂，２２ｄ ₃を形成したのは、
本実施の形態においては、第２ターンにおいて損失等価
抵抗が最も低い値を示すように形成したためである。

【００５３】また、図３では、コイル層２２の巻き数
を、図を分かりやすくする都合上、３ターンとしている
が、実際に本発明の薄膜インダクタを形成するときに
は、この巻き数を、４〜２０ターンにするのが適切であ
る。

【００５４】コイル層２２の巻き数を４〜２０ターンで
形成したときにも、コイル層２２を形成する導体の損失
等価抵抗は、各ターンによって異なり、損失等価抵抗が
最も低い値を示すターンよりも内側のターンの導体に分
割導体部２２ｄ₁，２２ｄ₂，２２ｄ₃を形成することに
よって、コイル層２２全体の損失等価抵抗を低減するこ
とができる。

【００５５】また、図１ないし図３では、コイル層１２
及びコイル層２２において、３本の分割導体部をすべて
同じ材料で形成したが、渦電流送電部として機能する最
外周側及び最内周側の分割導体部１２ｄ₁及び１２ｄ₂並
びに２２ｄ₁及び２２ｄ₂を、主電流送電部として働く分
割導体部１２ｄ₃及び２２ｄ₃よりも比抵抗の大きい材料
を用いて形成しても、コイル層１２及びコイル層２２を
流れる渦電流を低減でき、渦電流損失を抑制させること
ができる。

【００５６】また本発明では、平面型磁気素子である薄
膜インダクタについて説明したが、同じ平面型磁気素子
である１次平面コイルと２次平面コイルを有する薄膜ト
ランスなどの他のインダクティブ素子についても、コイ
ルを形成する導体に分割導体部を形成する本発明を適用
することにより、導体における渦電流損失を低減するこ
とのできるインダクティブ素子を得ることができる。

【００５７】なお、薄膜インダクタや薄膜トランスは薄
膜形成プロセスを有する工程で製造される薄膜磁気素子
である。

【００５８】

【実施例】図１に示す薄膜インダクタＬのように、コイ
ル層を形成する導体を幅方向に３本の分割導体部に分割
した場合における薄膜インダクタの性能係数、等価イン
ダクタンス及び損失等価抵抗、並びにコイル層の損失等
価抵抗を測定した。

【００５９】また磁性層１１，１３を、比透磁率が磁化
困難軸方向にμ_hard＝１８００、磁化容易軸方向にμ
_easy＝３００、比抵抗が、１０００μΩ・ｃｍである磁
性材料を用いて形成した。磁性層１１，１３の膜厚ｔ
_magを３．０μｍとし、また第１の磁性層と第２の磁性
層との間の間隔（ギャップ長）ｔ_gapを７０μｍで形成
した。

【００６０】なお、磁性層のオーバーハング量ｌ_o（磁
性層の側端部が、コイル層の端部から延出する幅寸法）
は、１５０μｍである。

【００６１】コイル層１２の導体間隔ｌ_sは、２５μｍ
であり、巻き数を６ターンとした。ただし、図１では図
示の都合上３ターンのみ示している。なお、コイルサイ
ズは３．０ｍｍ×３．０ｍｍである。コイル層に流す励
磁電流は、０．３Ａ（peaktopeak：表記は（ｐ−ｐ））
とした。

【００６２】各実施例及び比較例の薄膜インダクタのコ
イル層の構造について説明する。各実施例のコイル層１
２を形成する導体は、幅方向に３本の分割導体部１２ｄ
₁，１２ｄ₂，１２ｄ₃に分割されている。

【００６３】実施例１では、分割導体部１２ｄ₁，１２
ｄ₂，１２ｄ₃それぞれの幅寸法ｌ_w1，ｌ_w2，ｌ_w3を、ｌ
_w1＝ｌ_w2＝４μｍ、ｌ_w3＝４０μｍとした。また、分割
導体部１２ｄ₁，１２ｄ₂，１２ｄ₃間の間隔ｌ_w4，Ｉ_w5
をｌ_w4＝Ｉ_w5＝６μｍとした。

【００６４】実施例２では、分割導体部１２ｄ₁，１２
ｄ₂，１２ｄ₃それぞれの幅寸法ｌ_w1，ｌ_w2，ｌ_w3を、ｌ
_w1＝ｌ_w2＝８μｍ、ｌ_w3＝３２μｍとした。また、分割
導体部１２ｄ₁，１２ｄ₂，１２ｄ₃間の間隔ｌ_w4，Ｉ_w5
をｌ_w4＝Ｉ_w5＝６μｍとした。

【００６５】実施例３では、分割導体部１２ｄ₁，１２
ｄ₂，１２ｄ₃それぞれの幅寸法ｌ_w1，ｌ_w2，ｌ_w3を、ｌ
_w1＝ｌ_w2＝１２μｍ、ｌ_w3＝２４μｍとした。また、分
割導体部１２ｄ₁，１２ｄ₂，１２ｄ₃間の間隔ｌ_w4，Ｉ
_w5をｌ_w4＝Ｉ_w5＝６μｍとした。

【００６６】実施例１、実施例２、及び実施例３いずれ
においても、分割導体部１２ｄ₁，１２ｄ₂，１２ｄ₃の
幅寸法の合計は、４８μｍである。また、実施例１、実
施例２、及び実施例３では、コイル層１２の導体厚ｔ_co
は、ｔ_co＝３７．５μｍである。

【００６７】比較例ａの薄膜インダクタとして、コイル
層１２の分割導体部１２ｄ₁，１２ｄ₂，１２ｄ₃それぞ
れの幅寸法ｌ_w1，ｌ_w2，ｌ_w3が全て等しくｌ_w1＝ｌ_w2＝
ｌ_w3＝１６μｍであるものを用いた。分割導体部１２ｄ
₁，１２ｄ₂，１２ｄ₃間の間隔ｌ_w4，Ｉ_w5をｌ_w4＝Ｉ_w5
＝６μｍとした。

【００６８】また、比較例ｂの薄膜インダクタとして、
コイル層を形成する導体を、幅方向に２本の分割導体部
に分割したものを用いた。それぞれの分割導体部の幅寸
法は、２４μｍとした。２本の分割導体部間の間隔は１
２μｍとした。

【００６９】比較例ａ及び比較例ｂでも、分割導体部の
幅寸法の合計は４８μｍである。また、コイル層の導体
厚は、ｔ_co＝３７．５μｍである。

【００７０】さらに、比較例ｃとして、コイル層を形成
する導体を分割していない薄膜インダクタを用いた。比
較例ｃでは、コイル層を形成する導体の幅寸法を６０μ
ｍとした。また、比較例ｃでは、コイル層に分割導体部
が形成された実施例１、２、及び３並びに比較例ａ、ｂ
のコイル層と直流抵抗値を揃えるために、コイル層の厚
さを３０μｍとしている。

【００７１】図４は、上述した各実施例及び比較例の薄
膜インダクタに駆動周波数５ＭＨｚの励磁電流（交流信
号）を供給したときのコイル層における損失等価抵抗を
測定した結果を示すグラフである。

【００７２】図４から、本発明の実施例１、２、及び３
のいずれも、比較例ａ、ｂ、ｃよりもコイル層における
損失等価抵抗が低い値を示していることがわかる。

【００７３】すなわち、本発明のように、コイル層の１
ターンの電流路を構成する導体が、前記電流路に沿う方
向に延びるスリットによって、幅方向に３本以上の分割
導体部に分割され、最外周側の分割導体部と最内周側の
分割導体部の幅寸法が他の分割導体部の幅寸法よりも小
さく形成されていると、コイル層の損失等価抵抗を低減
できることがわかる。

【００７４】また、中央の分割導体部１２ｄ₃の幅寸法
ｌ_w3対する、最外周側の分割導体部１２ｄ₁及び最内周
側の分割導体部１２ｄ₂の幅寸法ｌ_w1、ｌ_w2が小さくな
るに連れて、コイル層１２の損失等価抵抗の値が小さく
なることもわかる。

【００７５】これは、渦電流送電部として機能する最外
周側の分割導体部１２ｄ₁の幅寸法ｌ_w1と最内周側の分
割導体部１２ｄ₂の幅寸法ｌ_w2が、主電流送電部として
機能する中央の分割導体部１２ｄ₃の幅寸法ｌ_w3よりも
小さく形成されるほど、分割導体部１２ｄ₁及び分割導
体部１２ｄ₂の断面積が減少して抵抗値が増大し、渦電
流が流れにくくなり、コイル層１２における渦電流損失
が低減されるためである。

【００７６】図５は、上述した各実施例及び比較例の薄
膜インダクタに駆動周波数５ＭＨｚの励磁電流（交流信
号）を供給したときの薄膜インダクタの性能係数Ｑを測
定した結果を示すグラフである。

【００７７】なお、性能係数Ｑは、Ｑ＝ωＬ／Ｒの値で
ある。ただし、ωは薄膜インダクタに与えられる信号の
角周波数であり本実施例ではω＝２π×５（ＭＨｚ）、
Ｌは薄膜インダクタの等価インダクタンス、Ｒは薄膜イ
ンダクタの損失等価抵抗である。

【００７８】図５から、本発明の実施例１、２、及び３
の薄膜インダクタのいずれも、比較例ａ、ｂ、ｃの薄膜
インダクタよりも性能係数Ｑが大きい値を示しているこ
とがわかる。

【００７９】また、中央の分割導体部１２ｄ₃の幅寸法
ｌ_w3対する、最外周側の分割導体部１２ｄ₁及び最内周
側の分割導体部１２ｄ₂の幅寸法ｌ_w1、ｌ_w2が小さくな
るに連れて、性能係数Ｑが大きくなることもわかる。

【００８０】図６は、上述した各実施例及び比較例の薄
膜インダクタに駆動周波数５ＭＨｚの励磁電流（交流信
号）を供給したときの薄膜インダクタの等価インダクタ
ンスを測定した結果を示すグラフ、図７は、同様の条件
で薄膜インダクタの損失等価抵抗を測定した結果を示す
グラフである。

【００８１】図６から、本発明の実施例１、２、及び３
並びに比較例ａ、ｂ、及びｃの薄膜インダクタのいずれ
も同等の等価インダクタンスを有することがわかる。

【００８２】図７では、図４と同様に、本発明の実施例
１、２、及び３の薄膜インダクタのいずれもが、比較例
ａ、ｂ、及びｃの薄膜インダクタよりも損失等価抵抗が
低い値を示していることがわかる。

【００８３】したがって、図５に示されたように、本発
明の実施例１、２、及び３の薄膜インダクタの性能係数
Ｑが、比較例ａ、ｂ、ｃの薄膜インダクタの性能係数Ｑ
よりも大きい値を示すのは、本発明のように、コイル層
を形成する導体を分割し、さらに最外周側及び最内周側
の分割導体部の幅寸法を小さくすることで、薄膜インダ
クタの損失等価抵抗が減少することが主な理由であるこ
とが分かる。

【００８４】コイル層１２の導体厚ｔ_coが、インダクタ
に供給される交流信号の周波数ｆにおける表皮厚δ＝√
（ρ／πｆμ）の２倍より薄いと、コイル層１２の交流
損失の原因となる表皮効果の影響をなくすことができ
る。ただし、ρはコイル層１２を形成する材料の比抵
抗、μはコイル層１２を形成する材料の透磁率である。

【００８５】コイル層１２の材料として、銅を用いるこ
とができる。銅の比抵抗は、理論値でρ＝１．７８μΩ
・ｃｍであり、また銅の透磁率μ＝１である。コイル層
１２の材料が銅であり、駆動周波数が５ＭＨｚのとき表
皮厚δは、理論的には、δ＝３３．７μｍである。

【００８６】ただし、実際に銅を用いてコイル層１２を
形成すると、コイル層１２の比抵抗は２μΩ・ｃｍ程度
となり、このとき、駆動周波数が５ＭＨｚのときの表皮
厚δは、δ＝３５．７μｍ程度である。

【００８７】また、コイル層の材料として銀やアルミニ
ウムを用いることもできるが、銀やアルミニウムの比抵
抗は、１．５〜２．５μΩ・ｃｍ程度となる。このと
き、駆動周波数が５ＭＨｚのときの表皮厚δは、δ＝３
０〜４０μｍ程度である。

【００８８】従って、コイル層１２の導体厚ｔ_coを設定
するときには、コイル層１２の導体厚ｔ_coを２δ＝６０
〜８０μｍ以下にすれば、表皮効果によるコイル層１２
の損失をなくすことができる。

【００８９】本実施例では、コイル層の導体厚ｔ_coをｔ
_co＝３７．５μｍとしているので、表皮効果によるコイ
ル層１２の損失はない。

【００９０】従って、図４で示されたコイル層の損失等
価抵抗は、コイル層１２における渦電流損失と直流損失
からなる。前述したように、各実施例及び比較例におい
て直流抵抗値は揃えられているので、図４における各実
施例及び比較例のコイル層の損失等価抵抗の差は、各実
施例及び比較例のコイル層の渦電流損失の差に由来す
る。

【００９１】図８は、上述した各実施例及び比較例の薄
膜インダクタに供給する駆動電流の駆動周波数を変化さ
せたときの、薄膜インダクタの性能係数Ｑを測定した結
果を示すグラフである。

【００９２】図８から、駆動周波数が１ＭＨｚ以上にな
ると、本発明の実施例１、２、及び３の薄膜インダクタ
の性能係数Ｑが、比較例ａ、ｂ、ｃの薄膜インダクタの
性能係数Ｑよりも明らかに大きい値を示していることが
わかる。

【００９３】図９は、薄膜インダクタのコイル層を形成
する導体の各ターンごとの損失等価抵抗を測定した結果
を示すグラフである。

【００９４】図９の実施例４、５、及び６並びに比較例
ｄの薄膜インダクタの磁性層及びコイル層の構造を図１
を参照して説明する。

【００９５】磁性層１１，１３を、透磁率が磁化困難軸
方向にμ_hard＝１０００、磁化容易軸方向にμ_easy＝２
００、比抵抗が、１０００μΩ・ｃｍである磁性材料を
用いて形成した。磁性層１１，１３の膜厚ｔ_magを９．
０μｍとした。

【００９６】コイル層１２の導体間隔ｌ_sは、１５μｍ
であり、巻き数を８ターンとした。ただし、図１では図
示の都合上３ターンのみ示している。なお、コイルサイ
ズは１．８ｍｍ×１．８ｍｍである。コイル層に流す励
磁電流は、０．３Ａ（peaktopeak：表記は（ｐ−
ｐ））、駆動周波数を１ＭＨｚとした。

【００９７】各実施例のコイル層１２を形成する導体
は、幅方向に３本の分割導体部１２ｄ ₁，１２ｄ₂，１２
ｄ₃に分割されている。

【００９８】実施例４では、分割導体部１２ｄ₁，１２
ｄ₂，１２ｄ₃それぞれの幅寸法ｌ_w1，ｌ_w2，ｌ_w3を、ｌ
_w1＝ｌ_w2＝１０μｍ、ｌ_w3＝８０μｍとした。また、分
割導体部１２ｄ₁，１２ｄ₂，１２ｄ₃間の間隔ｌ_w4，Ｉ
_w5をｌ_w4＝Ｉ_w5＝１０μｍとした。

【００９９】実施例５では、分割導体部１２ｄ₁，１２
ｄ₂，１２ｄ₃それぞれの幅寸法ｌ_w1，ｌ_w2，ｌ_w3を、ｌ
_w1＝ｌ_w2＝２０μｍ、ｌ_w3＝６０μｍとした。また、分
割導体部１２ｄ₁，１２ｄ₂，１２ｄ₃間の間隔ｌ_w4，Ｉ
_w5をｌ_w4＝Ｉ_w5＝１０μｍとした。

【０１００】実施例６では、分割導体部１２ｄ₁，１２
ｄ₂，１２ｄ₃それぞれの幅寸法ｌ_w1，ｌ_w2，ｌ_w3を、ｌ
_w1＝ｌ_w2＝３０μｍ、ｌ_w3＝４０μｍとした。また、分
割導体部１２ｄ₁，１２ｄ₂，１２ｄ₃間の間隔ｌ_w4，Ｉ
_w5をｌ_w4＝Ｉ_w5＝１０μｍとした。

【０１０１】比較例ｄでは、分割導体部１２ｄ₁，１２
ｄ₂，１２ｄ₃それぞれの幅寸法ｌ_w1，ｌ_w2，ｌ_w3を、ｌ
_w1＝ｌ_w2＝４０μｍ、ｌ_w3＝２０μｍとした。また、分
割導体部１２ｄ₁，１２ｄ₂，１２ｄ₃間の間隔ｌ_w4，Ｉ
_w5をｌ_w4＝Ｉ_w5＝１０μｍとした。

【０１０２】実施例４、実施例５、及び実施例６いずれ
においても、分割導体部１２ｄ₁，１２ｄ₂，１２ｄ₃の
幅寸法の合計は、１００μｍである。また、実施例１、
実施例２、及び実施例３では、コイル層１２の導体厚ｔ
_coは、ｔ_co＝５０μｍである。

【０１０３】ここで、コイル層を形成する導体の各ター
ンの数え方は、図３に関する説明のところで述べたよう
に、コイル層の巻き外端に最も近い方から、第１ター
ン、第２ターン、第３ターンと数えている。

【０１０４】図９から、各実施例及び比較例の薄膜イン
ダクタのコイル層では、第３ターンで、最も損失等価抵
抗が小さくなっていることがわかる。

【０１０５】また、第３ターンより内側の各ターンにお
いて、中央の分割導体部１２ｄ₃の幅寸法ｌ_w3対する、
最外周側の分割導体部１２ｄ₁及び最内周側の分割導体
部１２ｄ₂の幅寸法ｌ_w1、ｌ_w2が小さくなるにつれて、
損失等価抵抗の値が小さくなっていることがわかる。

【０１０６】つまり、コイル層に分割導体部を形成する
と損失等価抵抗が低減されるという効果は、損失等価抵
抗が最も低い値を示すターンよりも内側のターンの導体
において顕著に現れることがわかる。

【０１０７】したがって、本発明では、損失等価抵抗が
最も低い値を示すターンよりも内側のターンの導体に分
割導体部を形成することによっても、コイル層全体の損
失等価抵抗を低減することができる。

【０１０８】

【発明の効果】以上詳細に説明した本発明では、前記コ
イル層の１ターンの電流路を構成する導体が、前記電流
路に沿う方向に延びるスリットによって、幅方向に３本
以上の分割導体部に分割され、最外周側の分割導体部と
最内周側の分割導体部の幅寸法が、他の分割導体部の幅
寸法よりも小さく形成されることにより、インダクティ
ブ素子に与えられた交流電流と渦電流が導体内で干渉し
あうことを抑制し、コイル層で発生する渦電流損失を低
減することができる。

【０１０９】また、前記３本以上の分割導体部のうち、
最外周側の分割導体部と最内周側の分割導体部が渦電流
送電部として機能し、他の分割導体部が主電流送電部と
して機能するものとして、前記分割導体部を形成でき
る。

【０１１０】渦電流送電部として機能する分割導体部の
抵抗を、主電流送電部として機能する分割導体部の抵抗
よりも大きくすることにより、渦電流損失を低減でき
る。

【０１１１】したがって本発明では、損失等価抵抗が低
減され、性能係数の大きいインダクティブ素子を形成す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における薄膜インダクタ（インダクティ
ブ素子）の構造を示す断面図、

【図２】図１のインダクタのコイル層の平面図、

【図３】本発明の他の実施の形態の薄膜インダクタのコ
イル層の平面図、

【図４】薄膜インダクタのコイル層の構造とコイル層に
おける損失等価抵抗との関係を示すグラフ、

【図５】薄膜インダクタのコイル層の構造と薄膜インダ
クタの性能係数との関係を示すグラフ、

【図６】薄膜インダクタのコイル層の構造と薄膜インダ
クタの等価インダクタンスとの関係を示すグラフ、

【図７】薄膜インダクタのコイル層の構造と薄膜インダ
クタの損失等価抵抗との関係を示すグラフ、

【図８】薄膜インダクタの駆動周波数と性能係数との関
係を示すグラフ、

【図９】薄膜インダクタのコイル層を形成する導体の各
ターンごとの損失等価抵抗を測定した結果を示すグラ
フ、

【図１０】従来の薄膜インダクタのコイル層の平面図、

【符号の説明】

１１，１３磁性層１２コイル層１２ｄ₁、１２ｄ₂、１２ｄ₃ 分割導体部Ａ渡り磁束Ｂ渦電流

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定幅の導体が平面的に１ターンまたは
複数ターンに巻かれて形成されたコイル層の上及び／ま
たは下に、絶縁層を介して少なくとも一つの磁性層が形
成されてなるインダクティブ素子において、前記コイル
層は、１ターンの電流路を構成する導体が、前記電流路
に沿う方向に延びるスリットによって、幅方向に３本以
上の分割導体部に分割され、最外周側の分割導体部及び
最内周側の分割導体部の幅寸法が他の分割導体部の幅寸
法よりも小さく形成されており、かつ前記分割導体部は
前記コイル層の少なくとも両端部において互いに接続さ
れていることを特徴とするインダクティブ素子。
【請求項２】前記コイル層は、前記導体が複数ターン
に巻かれて形成されたものであり、損失等価抵抗が最も
低い値を示すターンよりも内側のターンに、前記分割導
体部が形成されている請求項１記載のインダクティブ素
子。
【請求項３】前記分割導体部は、主に渦電流が流れる
渦電流送電部と主に主電流が流れる主電流送電部からな
る請求項１または２記載のインダクティブ素子。
【請求項４】前記３本以上の分割導体部のうち、最外
周側の分割導体部及び最内周側の分割導体部が渦電流送
電部として機能し、他の分割導体部が主電流送電部とし
て機能する請求項３記載のインダクティブ素子。
【請求項５】前記導体の厚さが、インダクティブ素子
に供給される交流信号の周波数ｆにおける表皮厚δ＝√
（ρ／πｆμ）の２倍より薄い請求項１ないし４のいず
れかに記載のインダクティブ素子、ただし、ρは前記導体を形成する材料の比抵抗、μは前
記導体を形成する材料の透磁率である。
【請求項６】前記交流信号の周波数ｆが１ＭＨｚ以上
である請求項１ないし５のいずれかに記載のインダクテ
ィブ素子。