JP2002217033A

JP2002217033A - 平面磁気素子

Info

Publication number: JP2002217033A
Application number: JP2001011571A
Authority: JP
Inventors: Yasutaka Fukuda; 泰隆福田
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2001-01-19
Filing date: 2001-01-19
Publication date: 2002-08-02

Abstract

(57)【要約】【課題】上下フェライト磁性膜１１，１２の間に形成
した平面コイル１３の外部電極１４がフェライト磁性膜
面上に２個突出している平面磁気素子１０をフェイスダ
ウンで基板上に装着すると、基板に対して傾くなど安定
性が悪く、工程トラブルが発生しやすい。【解決手段】外部電極１４の０．８〜１．２倍の高さ
を有する凸部２１をフェライト磁性膜１２の上面に設
け、安定性を付与した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、平面磁気素子に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯電話やノート型パソコンなど
のような、電池で駆動される携帯機器の利用が進んでい
る。これらの携帯機器に対しては、従来からさらなる小
型・軽量化の要求がある。最近はこれに加えて、マルチ
メディア化への対応、すなわち、通信機能や表示機能の
充実、あるいは画像データを含んだ大量情報の高速処理
化など高機能が求められている。これに伴い、電池から
の単一電圧を、ＣＰＵ、ＬＣＤモジュール、通信用パワ
ーアンプなどの様々な搭載デバイスが必要とする各々の
電圧レベルに変換できる電源の需要が増加してきた。そ
こで、携帯機器の小型・軽量化と高機能を両立させるた
めに、電源に搭載されるトランス、インダクタなどの磁
気素子の小型・薄型化を進めることが重要な課題となっ
ている。

【０００３】このような状況の下で、さらに小型・軽量
化を図るため、Ｓｉ基板上に、金属磁性膜層／絶縁層／
平面コイル層／絶縁層／金属磁性膜層で構成された平面
インダクタが、例えば、日本応用磁気学会誌２０（１９
９６）９２２頁や特開平４−３６３００６号公報に開示
されている。

【０００４】しかし、これら従来の平面インダクタは製
造コストと特性の面からの問題点がある。すなわち、平
面インダクタは、６〜７μｍの金属磁性膜をスパッタ法
などで成膜することと、金属磁性膜と平面コイルの間に
絶縁層を形成する必要があることで、従来の磁気素子に
対して、コストアップが避けられないのである。

【０００５】特性上の課題は以下の通りである。平面イ
ンダクタはＭＨｚ帯域の高周波で駆動されるため、電気
的に導体である金属磁性膜内部での渦電流の発生により
鉄損が増大する。また、上下金属磁性膜がわずかな非磁
性空間を介して対峙しているため、垂直交番磁束が平面
コイルに鎖交し、渦電流が発生することによって損失が
増大するという特性上の課題がある。前者に対しては、
金属磁性膜と同一の平面に高抵抗領域を形成して渦電流
を細分化すること（特開平６−７７０５号公報）、後者
に対しては、平面コイル導体を複数に分割した導体ライ
ンにすること（特開平９−１３４８２０号公報）によっ
て特性改善の対策をとっているが十分とはいえない。

【０００６】これらを解決するために、金属磁性膜の代
わりに印刷法やシート法で形成したフェライト磁性膜を
用いた平面型磁気素子が特開平１１−２６２３９号公報
に開示されている。これはフェライト粉にバインダを混
ぜた磁性ペーストをＳｉ基板上に印刷、焼成することに
よって高抵抗のフェライト磁性膜を形成し、この膜上に
コイルパターンをメッキ法などで形成した後、さらにそ
の上に磁性膜を構成して磁気素子とするものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この特
開平１１−２６２３９号公報の技術でも、未だ次の問題
があった。すなわち、単コイルの場合、その外部電極は
磁気素子表面に２個所の凸部として存在する。したがっ
て、これをフェイスダウンで基板上に装着しようとした
時、基板端子と固着する前は２点の突起で支えることに
なり、基板に対して傾くなど安定性が悪く、工程トラブ
ルが発生しやすい。

【０００８】本発明の目的は、これらの問題を解決した
改善された平面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】本発明は、上記問題点を
解決するためになされたもので、その技術手段は、上下
フェライト磁性膜の間に形成した平面コイルの外部電極
がフェライト磁性膜面上に突出している平面磁気素子に
おいて、前記した外部電極の０．８〜１．２倍の高さを
有する凸部をフェライト磁性膜上面に設けたことを特徴
とする平面磁気素子である。

【００１０】このような構造にすると、この平面磁気素
子をフェイスダウンでセットしたときの支点が必ず３個
所以上となり、基板上での安定性が増し工程トラブルも
発生しなくなる。凸部を設ける位置は限定されないが、
平面磁気素子の隅角部近傍に設けると安定性を与える支
点として適切であり、製作が容易となり好ましい。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明における外部電極の高さ
は、フェライト磁性膜面と外部電極頂上間の距離で定義
する。外部電極の高さを図１で説明する。図１は本発明
に係る平面磁気素子１０を示すものであり、図１（ａ）
はその平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ矢視断
面図である。図１中の記号１４は外部電極、記号１２は
上部フェライト磁性膜を示し、外部電極の高さは、図１
中の記号５０で示した距離となる。通常は、外部電極の
数は２個なので、各高さの平均値を外部電極の高さとす
る。

【００１２】同様に、本発明における凸部の高さは、外
部電極の高さと同様に、フェライト磁性膜面と凸部頂上
間の距離で定義する。図１中の記号２１は凸部を示し、
凸部の高さは、図中の記号５１で示した距離となる。な
お、凸部を複数設けた場合には、これらの高さの平均値
を凸部の高さとする。

【００１３】本発明の凸部の高さは、外部電極の高さの
０．８〜１．２倍である。凸部の高さがこの範囲を外れ
ると、平面磁気素子をフェイスダウンでセットしたとき
傾きが大きくなり、半田付不良の発生率が高くなる。

【００１４】本発明の平面磁気素子に用いるフェライト
磁性膜としてはスピネル構造を有するフェライトが好適
である。中でも以下に示す組成のフェライトが好適であ
る。すなわち、本発明に係るフェライト磁性膜の平均組
成は、Ｆｅ₂Ｏ₃：４０〜５０ｍｏｌ％、ＺｎＯ：１５〜
３５ｍｏｌ％，ＣｕＯ：０〜２０ｍｏｌ％、Ｂｉ₂Ｏ₃：
０〜１０ｍｏｌ％、ＭｎＯ：０〜２０ｍｏｌ％、Ｍｇ
Ｏ：０〜２０ｍｏｌ％、残部はＮｉＯおよび不可避不純
物からなると好適である。この組成は、磁気素子全体を
平均した場合の値であり、上部フェライト、下部フェラ
イト、フェライト／基板界面など、場所によって最適な
組成に違えてもかまわない。磁性膜の組成をこのように
した理由は以下の通りである。

【００１５】Ｆｅ₂Ｏ₃：４０〜５０ｍｏｌ％Ｆｅ₂Ｏ₃が５０ｍｏｌ％を越えるとＦｅ²⁺イオンの存在
により電気抵抗が急激に低下する。電気抵抗の低下は高
周波領域で使用するとき渦電流の発生でフェライトコア
の損失を急激させてしまう。また、４０ｍｏｌ％未満に
なるとフェライトの透磁率低下にともなうインダクタン
スの劣化が大きいため、４０〜５０ｍｏｌ％とした。

【００１６】ＺｎＯ：１５〜３５ｍｏｌ％ＺｎＯはインダクタンスとキュリー温度に大きな影響を
与える。キュリー温度は磁気素子の耐熱性を求める重要
なパラメータである。１５ｍｏｌ％未満ではキュリー温
度は高いもののインダクタンスが低下する。一方、３５
ｍｏｌ％を越えるとインダクタンスは高いものの、キュ
リー温度が低下する。従ってＺｎＯは１５〜３５ｍｏｌ
％に限定した。

【００１７】ＣｕＯ：０〜２０ｍｏｌ％ＣｕＯは焼成温度を下げるために加える。２０ｍｏｌ％
を越えると焼成温度は低下するがインダクタンスが劣化
するため上限を２０ｍｏｌ％とした。

【００１８】Ｂｉ₂Ｏ₃：０〜１０ｍｏｌ％Ｂｉ₂Ｏ₃はＣｕＯと同じく焼成温度を低下する効果があ
る。１０ｍｏｌ％を越えると焼成温度は低下するがイン
ダクタンスが劣化するため上限を１０ｍｏｌ％とした。

【００１９】ＭｎＯ：０〜２０ｍｏｌ％，ＭｇＯ：０〜
２０ｍｏｌ％：ＭｎＯ，ＭｇＯはいずれもインダクタン
スを増加する効果のある元素である。ただし、２０ｍｏ
ｌ％を超えると飽和磁化が低下するので０〜２０ｍｏｌ
％とした。

【００２０】フェライト磁性膜は、上記組成を有するフ
ェライト粉末にバインダを混ぜてペーストとし、印刷法
などで成膜後、焼成してもよい。またバインダとしてエ
ポキシ樹脂やポリイミド樹脂などの樹脂を用い、熱硬化
させたものでもよい。

【００２１】以下図面を参照して本発明の実施の形態を
説明する。図１は本発明に係る実施例の平面磁気素子１
０を示すもので、図１（ａ）はその平面図、図１（ｂ）
は図１（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図、図１（ｃ）は上部フ
ェライト磁性膜１２を除去して平面コイル１３の上面を
露出した平面図である。平面磁気素子１０は下部フェラ
イト磁性膜１１と上部フェライト磁性膜１２との間に平
面コイル１３および端子１５を形成している。また、端
子１５上に外部電極１４を設け、その頂部は上部フェラ
イト磁性膜１２の表面より上方に突出させている。この
外部電極１４は図１の例では平面磁気素子１０の中央部
と隅角部近傍の２箇所にある。図１の実施例ではこの外
部電極１４と同じ高さの凸部２１を他の隅角部近傍の３
箇所に下地２２上に設けている。

【００２２】このような平面磁気素子１０の製造工程を
図６〜図１１に示した。図６に示すように、Ｓｉ基板３
１上に、Ｆｅ₂Ｏ₃／ＺｎＯ／ＣｕＯ／ＮｉＯ＝４９／２
３／１２／１６（ｍｏｌ％）組成のフェライト磁性粉を
含んだペーストをスクリーン印刷法にて下部フェライト
３２として成膜し、引き続き大気中９５０℃で焼成し
た。焼成後の膜厚は４０μｍである。次に、下部フェラ
イト３２の膜上にポリイミド樹脂３３をスピンコートに
より塗布して平滑層を形成した後、熱硬化させた。硬化
後の膜厚は３μｍである。引き続きこの上に、メッキ下
地３４として厚さ０．５μｍのＣｕを無電解めっき法で
成膜した。図７は、レジストフレーム作成工程である。
メッキ下地３４の上にフォトレジストを塗布した後、フ
ォトエッチングによりライン幅１００μｍ、ライン間隔
５０μｍ、厚み５０μｍ、５ターンのスパイラルコイル
のレジストフレーム３５を図１（ｃ）に示すパターンで
形成した。このとき、外部電極を形成するレジストフレ
ームと共に、本発明に係る凸部を設ける位置のレジスト
フレームも形成した。

【００２３】次に、図８に示すように、電気メッキによ
り、レジストフレーム３５内に銅３６を析出させた。レ
ジストを剥離し、化学エッチングによってコイル間のメ
ッキ下地３４を除去して平面コイル１３、外部電極の端
子１５、本発明に係る凸部の基部（下地）２２を形成し
た（図９）。次に、図１０に示すように、Ｆｅ₂Ｏ₃／Ｚ
ｎＯ／ＣｕＯ／ＮｉＯ＝４９／２３／１２／１６（ｍｏ
ｌ％）組成のフェライト磁性粉を含んだエポキシ樹脂ペ
ーストをスクリーン印刷法にて上部フェライト４０とし
て成膜し、１５０℃で熱硬化した。最後にクリームハン
ダ４１を電極および本発明に係る凸部２１のコンタクト
ホールに印刷し、熱硬化させることによって外部電極１
４及び本発明に係る凸部２１を形成した（図１１）。図
１１（ａ）は平面磁気素子１０の平面図を示し、図１１
（ｂ）は図１１（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図である。

【００２４】以上のように作成された平面磁気素子１０
のパターンを図２〜５に示した。なお、図２〜図５は上
部フェライト磁性膜を除去して、平面コイル１３、端子
１５、下地２２を露出した平面図である。図２は従来の
外部電極が２個のみで本発明に係る凸部を有しないも
の、図３〜５はそれぞれ本発明に係る凸部を１個、２
個、３個備えたものに相当する。作製された図２〜５に
示す平面磁気素子１０をフェイスダウンで端子基板上に
載せ、ハンダリフロー炉を通した。出てきた平面磁気素
子について、位置ずれの有無を観察し、半田付け不良率
を評価した。なお、凸部と外部電極の高さはクリームハ
ンダ印刷時の面積で調整した。結果を表１にまとめた。
この結果より、１個以上の凸部を付与した平面磁気素子
では、基板装着時のバランスがよくなり、半田付け不良
発生率が小さいことがわかる。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、基板への装着時のバラ
ンスがよく、半田付けが良好な平面磁気素子を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の平面磁気素子の（ａ）平面図、（ｂ）
Ａ−Ａ矢視断面図、（ｃ）コイルのパターン図である。

【図２】従来の平面磁気素子の説明図である。

【図３】凸部を１個備えた平面磁気素子の説明図であ
る。

【図４】凸部を２個備えた平面磁気素子の説明図であ
る。

【図５】凸部を３個備えた平面磁気素子の説明図であ
る。

【図６】本発明の平面磁気素子の下部フェライト磁性膜
製造工程の説明図である。

【図７】本発明の平面磁気素子のレジストフレーム製造
工程の説明図である。

【図８】本発明の平面磁気素子の平面コイル製造工程の
説明図である。

【図９】本発明の平面磁気素子のレジスト剥離、化学エ
ッチング工程の説明図である。

【図１０】本発明の平面磁気素子の上部フェライト磁性
膜の製造工程の説明図である。

【図１１】本発明の平面磁気素子の（ａ）平面図、
（ｂ）Ｂ−Ｂ矢視断面図である。

【符号の説明】

１０平面磁気素子１１下部フェライト磁性膜１２上部フェライト磁性膜１３平面コイル１４外部電極１５端子２１凸部２２端子３１Ｓｉ基板３２下部フェライト３３ポリイミド樹脂３４メッキ下地３５レジストフレーム３６銅４０上部フェライト４１クリームハンダ５０外部電極の高さ５１凸部の高さ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上下フェライト磁性膜の間に形成した平
面コイルの外部電極がフェライト磁性膜面上に突出して
いる平面磁気素子において、前記外部電極の０．８〜
１．２倍の高さを有する凸部をフェライト磁性膜上面に
設けたことを特徴とする平面磁気素子。