JP2002222711A - 平面磁気素子 - Google Patents

平面磁気素子

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JP2002222711A
JP2002222711A JP2001015674A JP2001015674A JP2002222711A JP 2002222711 A JP2002222711 A JP 2002222711A JP 2001015674 A JP2001015674 A JP 2001015674A JP 2001015674 A JP2001015674 A JP 2001015674A JP 2002222711 A JP2002222711 A JP 2002222711A
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JP
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magnetic film
ferrite magnetic
planar
ferrite
film
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JP2001015674A
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English (en)
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Yasutaka Fukuda
泰隆 福田
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JFE Steel Corp
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Kawasaki Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板11上に設けられた第1のフェライト磁
性膜12と、平面コイル13と、平面コイルの上に設け
られた第2のフェライト磁性膜14と、外部電極15を
前記第2のフェライト磁性膜上に有する平面磁気素子1
0において、フェライト磁性膜と基板との密着力が弱
く、剥離しやすいという問題があった。 【解決手段】 第2のフェライト磁性膜14が第1のフ
ェライト磁生膜12の周端面を被覆すると共に、第2の
フェライト磁性膜14を基板11と接着した。

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】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(1996)922頁や特開平4
−363006号公報に開示されている。
【0004】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、フェライト磁
性膜基板との密着力が弱く、剥離しやすいという問題が
あった。
【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】本発明者は、フェライト
磁性膜を用いた平面型磁気素子の特性向上について研究
し、以下の手段を用いることによって上記目的を達成で
きることを知見し本発明を完成した。すなわち、本発明
は、基板上に設けられた第1のフェライト磁性膜と、第
1のフェライト磁性膜の面上に設けられた平面コイル
と、平面コイルの上に設けられた第2のフェライト磁性
膜と、前記平面コイルと導通している外部電極とを備え
た平面磁気素子において、第2のフェライト磁性膜は第
1のフェライト磁生膜の周端面を被覆すると共に前記基
板に接着していることを特徴とする平面磁気素子を提供
するものである。
【0010】特に、第2のフェライト磁性膜がエポキシ
樹脂やポリイミド樹脂などの樹脂でフェライト磁性粉を
硬化させた場合、その効果が顕著で信頼性の高い磁気素
子を実現することができる。このとき、第2のフェライ
ト磁性膜は基板との接着は、部分的なものでもかまわな
いが、接着性を向上させるためには、基板の全周にわた
って接着していることが好ましい。さらに第2のフェラ
イト磁性膜と基板との接着部分の幅が10μm〜200
0μmの範囲であると好適である。接着部分の幅が10
μm未満では接着性向上の効果が小さく、2000μm
を超えると接着の効果は大きいが、同じ特性を得ようと
すると素子サイズが大きくなり、また、同じサイズにす
るとコイルの磁気抵抗が増加するなど、特性が劣化しや
すい。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明のフェライト磁性膜はスピ
ネル構造を有するフェライトである。中でも以下に示す
組成のフェライトが好適である。フェライト磁性膜の平
均組成は、Fe23:40〜50mol%、ZnO:1
5〜35mol%,CuO:0〜20mol%、Bi2
3:0〜10mol%、MnO:0〜20mol%、
MgO: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。
【0012】Fe23:40〜50mol% Fe23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。
【0013】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
%にした。
【0014】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。
【0015】Bi23:0〜10mol% Bi23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。
【0016】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。
【0017】第1、第2のフェライト磁性膜は、上記組
成を有するフェライト粉末とバインダーを混ぜ、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
インダーとしてエポキシ樹脂やポリイミド樹脂などを用
い、熱硬化させたものでもよい。
【0018】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は本発明の実施例の平面磁気素子10を
示すもので、図1(a)は平面図、図1(b)は図1
(a)のA−A矢視断面図、図1(c)は外部電極1
5、第2のフェライト磁性膜14を除去して平面コイル
13を露出させた平面図である。平面磁気素子10は、
基板11上に設けられた第1のフェライト磁性膜12
と、この第1のフェライト磁性膜12の面上に設けられ
た平面コイル13と、平面コイル13の上に設けられた
第2のフェライト磁性膜14と、平面コイル13と導通
している外部電極15とから構成されている。本発明の
平面磁気素子10は、第2のフェライト磁性膜14が第
1のフェライト磁生膜12の周端面を被覆している。さ
らに、第2のフェライト磁性膜14が前記基板11と接
着している。
【0019】本発明に係る平面磁気素子10の製造工程
を図2〜図6に示した。図2〜図6において(a)図は
平面図、(b)はそれぞれB−B,C−C,D−D,E
−E,F−F矢視断面図である。Si基板11上に、F
23/ZnO/CuO/NiO=49/23/12/
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成膜し、引き続き大気中9
50℃で焼成し下部の第1のフェライト磁性膜12を形
成した。このとき、図2に示すように、第1のフェライ
ト磁性膜12の塗布面積をSi基板11よりも小さくし
て、Si基板と第2の磁性膜が接着する箇所を設けるよ
うにした。焼成後の膜厚は40μmである。次に、フェ
ライト膜上にポリイミド樹脂(樹脂層)21をスピンコ
ートにより塗布した後、熱硬化させる。硬化後の膜厚は
3μmである。引き続きこの上に、メッキ下地22とし
て厚さ0.5μmのCuを無電解めっき法で成膜し、こ
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40μm、厚み
70μm、5ターンのスパイラルコイルのレジストフレ
ーム23を形成した。
【0020】次に、図3に示すように、電気メッキによ
り、レジストフレーム内にCu24を析出させた後、図
4に示すようにレジストを剥離し、化学エッチングによ
ってコイル間のメッキ下地を取り除いて平面コイル13
と端子25を形成した。次に、図5に示すように、Fe
23/ZnO/CuO/NiO=49/23/12/1
6(mol%)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の第2のフ
ェライト磁性膜14として成膜し、150℃で熱硬化し
た。この第2のフェライト磁性膜14は第1のフェライ
ト磁性膜12の周端面を被覆し、基板11に接する形状
とした。図6に示すように、最後にクリームハンダを電
極のコンタクトホール26に印刷し、熱硬化させて外部
電極15とした。
【0021】平面磁気素子の寸法を一定にし、第2のフ
ェライト磁性膜14の基板11との接着部分の幅16を
変えたサンプルを試作した。作製した平面磁気素子を8
5℃、98%RH雰囲気中に16時間放置後、粘着テー
プ試験を行った。試験結果(剥離した素子の割合)を表
1にまとめた。また各平面磁気素子の磁気特性を測定し
た。特性はいずれも5MHzにおける値である。最大許
容電流はインダクタンスが10%低下する直流重畳電流
である。表1の結果より、本発明の構造の平面磁気素子
は剥離が少なく、かつ、磁気特性の良好な結果が得られ
た。
【0022】
【表1】
【0023】
【発明の効果】本発明によれば、磁性膜の接着性の高い
平面磁気素子を実現することができる。
【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)外部電極及び第2のフェライ
ト磁性膜を除去して平面コイルを露出させた平面図であ
る。
【図2】本発明の平面磁気素子の下部フェライト磁性
膜、レジストフレーム製造工程の説明図である。
【図3】本発明の平面磁気素子の銅析出工程の説明図で
ある。
【図4】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5】本発明の平面磁気素子の上部フェライト磁性膜
製造工程の説明図である。
【図6】本発明の平面磁気素子の外部電極形成工程の説
明図である。
【符号の説明】
10 平面磁気素子 11 基板 12 第1のフェライト磁性膜 13 平面コイル 14 第2のフェライト磁性膜 15 外部電極 16 接着部の幅 21 ポリイミド樹脂 22 メッキ下地 23 レジストフレーム 24 Cu 25 端子

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に設けられた第1のフェライト磁
    性膜と、第1のフェライト磁性膜の面上に設けられた平
    面コイルと、平面コイルの上に設けられた第2のフェラ
    イト磁性膜と、前記平面コイルと導通している外部電極
    とを備えた平面磁気素子において、第2のフェライト磁
    性膜は第1のフェライト磁生膜の周端面を被覆すると共
    に前記基板に接着していることを特徴とする平面磁気素
    子。
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