JP2003109830A - Planar magnetic element and switching power source - Google Patents

Planar magnetic element and switching power source

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JP2003109830A
JP2003109830A JP2001299187A JP2001299187A JP2003109830A JP 2003109830 A JP2003109830 A JP 2003109830A JP 2001299187 A JP2001299187 A JP 2001299187A JP 2001299187 A JP2001299187 A JP 2001299187A JP 2003109830 A JP2003109830 A JP 2003109830A
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一彦 越前谷
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provided a small-sized and lightweight planar magnetic element for remarkably reducing coil direct current resistance. SOLUTION: In the planar magnetic element having a planar coil on a face of a lower ferrite magnetic layer, including a gap between coil wires of the planar coil, providing an upper ferrite magnetic layer thereon and making a whole to be a rectangle, a width of the coil wire of the planar coil in parallel to a short side of the planar magnetic element is wider than that of the coil wire in parallel to a long side.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、長方形の平面磁気素子
およびそれを利用したスイッチング電源に関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a rectangular planar magnetic element and a switching power supply using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、携帯機器やノート型パソコン等の
ような、電池で駆動する小型電子機器の利用が進んでい
る。かような電子機器に対しては、従来から、より一層
の小型・軽量化が望まれており、最近ではこれらに加え
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
高速処理などの高機能化が求められている。
2. Description of the Related Art In recent years, the use of small electronic devices driven by batteries, such as portable devices and notebook computers, has been increasing. For such electronic devices, further miniaturization and weight reduction have been desired, and recently, in addition to these, correspondence to multimedia, that is, enhancement of communication function and display function, or There is a demand for high functionality such as high-speed processing of large amounts of information including image data.

【0003】これに伴い、電池からの単一電圧を、CP
UやLCDモジュール、通信用パワーアンプなど様々な
搭載デバイスがそれぞれ必要とする電圧レベルに的確に
変換できる小型電源の需要が増加してきた。そこで、電
子機器の小型・軽量化と高機能化を両立させるために、
電源に搭載されるトランスやインダクタ等の磁気素子と
併せた電源の小型・軽量化を進めることが重要な課題と
なっている。
Along with this, the single voltage from the battery is
There has been an increasing demand for small power supplies that can be accurately converted to the voltage levels required by various on-board devices such as U, LCD modules, and communication power amplifiers. Therefore, in order to achieve both small size and light weight and high functionality of electronic devices,
It is an important issue to reduce the size and weight of the power supply combined with magnetic elements such as transformers and inductors mounted on the power supply.

【0004】このような状況下で、磁気素子の小型・軽
量化を図るために、シリコン基板上に、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(例えば、日本応用磁気学会誌 20
(1996) 922、特開平4−363006号公報)が提案されてい
る。しかしながら、上記の平面インダクタには、製造コ
ストと特性の両面から問題が残っていた。すなわち、ま
ずコストの面について述べると、上記の平面インダクタ
は、6〜7μm 厚程度の金属磁性膜をスパッタ法などで
成膜する必要があり、また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ため、従来の磁気素子に
比べて、コストアップが避けられなかった。
Under these circumstances, in order to reduce the size and weight of the magnetic element, a metal magnetic film layer /
Planar inductor composed of insulating layer / plane coil layer / insulating layer / metal magnetic film layer (for example, Journal of Japan Society for Applied Magnetics 20
(1996) 922, JP-A-4-363006). However, the planar inductor described above still has problems in terms of manufacturing cost and characteristics. That is, first, regarding the cost aspect, in the above planar inductor, it is necessary to form a metal magnetic film having a thickness of about 6 to 7 μm by a sputtering method or the like, and an insulating layer is provided between the metal magnetic film and the plane coil. Since it needs to be formed, an increase in cost is inevitable as compared with the conventional magnetic element.

【0005】また、特性上の問題については次のとおり
である。すなわち、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
金属磁性層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、コイル内に
渦電流が発生することによって損失の増大を招いてい
た。前者の問題に対しては、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
6−77055 号)、一方後者の問題に対しては、平面コイ
ル導体を複数に分割した導体ラインとすること(特開平
9−134820号)により、それぞれ損失の改善が試みられ
たが、これらの方法では、十分な改善効果を得ることが
できなかった。
Further, the problems of characteristics are as follows. That is, since the planar inductor is driven at a high frequency in the MHz band, the iron loss increases due to the generation of an eddy current inside the metal magnetic film that is an electrical conductor. Further, since the upper and lower metal magnetic layers face each other through a slight non-magnetic space, the vertical alternating magnetic flux interlinks with the planar coil, and an eddy current is generated in the coil, which causes an increase in loss. For the former problem, a high resistance region is formed on the same plane as the metal magnetic film to subdivide the eddy current (Japanese Patent Laid-Open No. 6-77055), while for the latter problem, a planar coil is used. Attempts have been made to improve the loss by using a conductor line divided into a plurality of conductors (Japanese Patent Laid-Open No. 9-134820), but these methods have not been able to obtain a sufficient improvement effect.

【0006】上記の問題を解決するために、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提案された(特開平11−26
239号公報)。この技術は、フェライト粉にバインダを
混ぜた磁性ペーストを、シリコン基板上に印刷、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、つ
いでこの膜上にコイルパターンをめっき法などで形成し
たのち、さらにその上に同様にしてフェライト磁性膜を
形成して磁気素子とするものである。このような構成と
することにより、磁気素子の薄型化に成功し、さらに高
周波領域における損失の低減も達成された。
In order to solve the above problem, a flat magnetic element using a ferrite magnetic film formed by a printing method or a sheet method instead of the metal magnetic film has been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 11-26).
No. 239). In this technology, a magnetic paste prepared by mixing ferrite powder with a binder is printed on a silicon substrate and baked to form a high-resistance ferrite magnetic film, and then a coil pattern is formed on this film by a plating method or the like. Further, a ferrite magnetic film is formed thereon in the same manner to form a magnetic element. With such a structure, the magnetic element has been successfully thinned and the loss in the high frequency region has been reduced.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た特開平11−26239 号公報に開示の技術でも、以下に述
べるような問題があった。すなわち、平面磁気素子を表
面実装部品として使用する場合、平面磁気素子の形状を
長方形にして、その短辺側に外部電極を付けた形で使用
することが考えられる。このような平面磁気素子の使用
形態において、平面コイルとして、通常の矩形のコイル
を配した場合、コイル幅は短辺長さで決まってしまうた
め、平面磁気素子の長手方向にはコイルが配置されてい
ないデッドスペースが発生する。
However, even the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 11-26239 mentioned above has the following problems. That is, when the planar magnetic element is used as a surface mount component, it is conceivable to use the planar magnetic element in a rectangular shape with external electrodes attached to its short sides. In such a usage mode of the planar magnetic element, when a normal rectangular coil is arranged as the planar coil, the coil width is determined by the length of the short side. Therefore, the coil is arranged in the longitudinal direction of the planar magnetic element. Not dead space occurs.

【0008】本発明は、上記の問題を有利に解決するも
ので、上記のデッドスペースを有効に活用することによ
り、コイル直流抵抗の有利な低減を達成した平面磁気素
子を、それを利用したスイッチング電源と共に提案する
ことを目的とする。
The present invention advantageously solves the above-mentioned problems. By effectively utilizing the dead space described above, a planar magnetic element that achieves an advantageous reduction of the coil DC resistance is switched using the planar magnetic element. It is intended to be proposed together with the power supply.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】さて、長方形の平面磁気
素子の長手方向の両サイドにデットスペースがあるとい
うことは、その分、平面磁気素子の短辺に平行な平面コ
イルのコイル線幅を大きくする余裕があるということで
ある。そこで、発明者らは、上記のデットスペースを利
用して、平面磁気素子の短辺に平行なコイル線の幅を大
きくしたところ、従来に比べてコイル直流抵抗を大幅に
低減することができることの知見を得た。本発明は、上
記の知見に立脚するものである。
The fact that there is a dead space on both sides in the longitudinal direction of a rectangular planar magnetic element means that the coil wire width of the planar coil parallel to the short side of the planar magnetic element is correspondingly increased. It means that you can afford it. Therefore, the inventors have increased the width of the coil wire parallel to the short side of the planar magnetic element by utilizing the above-mentioned dead space, and as a result, it is possible to significantly reduce the coil DC resistance as compared with the conventional case. I got the knowledge. The present invention is based on the above findings.

【0010】すなわち、本発明の要旨構成は次のとおり
である。 1.下部フェライト磁性層の面上に、平面コイルを有
し、該平面コイルのコイル線間の空隙も含めてその上に
上部フェライト磁性層をそなえ、全体が長方形になる平
面磁気素子において、該平面磁気素子の短辺に平行な平
面コイルのコイル線の幅を、長辺に平行なコイル線の幅
よりも広くしたことを特徴とする平面磁気素子。
That is, the gist of the present invention is as follows. 1. A planar magnetic element having a planar coil on the surface of the lower ferrite magnetic layer and an upper ferrite magnetic layer including the gap between the coil wires of the planar coil and having a rectangular shape, A planar magnetic element characterized in that a width of a coil wire of a plane coil parallel to a short side of the element is made wider than a width of a coil wire parallel to a long side.

【0011】2.上記1において、平面磁気素子の長辺
長さをa、中窓の長辺長さをf、長辺に平行なコイル線
の幅をd、コイル線間隔をs、コイルのターン数をnと
する時、短辺に平行なコイル線の幅eが、次式 d<e≦(a−f+s)/2 n の関係を満足することを特徴とする平面磁気素子。
2. In the above 1, the long side length of the planar magnetic element is a, the long side length of the middle window is f, the width of the coil wire parallel to the long side is d, the coil wire interval is s, and the number of turns of the coil is n. The planar magnetic element is characterized in that the width e of the coil wire parallel to the short side satisfies the following expression d <e ≦ (a−f + s) / 2 n.

【0012】上記2の発明は、平面磁気素子の短辺に平
行な平面コイルのコイル線幅の好適範囲を規定したもの
である。すなわち、短辺に平行なコイル線の幅をスペー
スの許す限り広くする構造にすると、その分コイル全体
の抵抗を下げることができる。しかしながら、コイル線
の幅があまりに広くなる、換言するとコイル線とコイル
線の間隔があまりに狭くなると、上下部のフェライト磁
性層を渡る磁束がコイルを横切ってしまい、うず電流損
失の増大を招く。そこで、発明者らは、短辺に平行なコ
イル線幅の適切な範囲について検討したところ、図1に
示すように、平面磁気素子の長辺長さをa、短辺長さを
c(c<a)、中窓の長辺長さをf、短辺長さをb(f
≧b)、長辺に平行なコイル線の幅をd、コイル線とコ
イル線の間隔をs、コイルのターン数をnとする時、短
辺に平行なコイル線の幅eが、次式 d<e≦(a−f+s)/2 n の関係を満足する場合にとりわけ良好な結果が得られる
ことが解明されたのである。
The second aspect of the present invention defines a preferable range of the coil wire width of the plane coil parallel to the short side of the plane magnetic element. That is, if the width of the coil wire parallel to the short side is wide as much as the space allows, the resistance of the entire coil can be reduced accordingly. However, if the width of the coil wire becomes too wide, in other words, the distance between the coil wires becomes too narrow, the magnetic flux across the upper and lower ferrite magnetic layers will cross the coil, resulting in an increase in eddy current loss. Therefore, the present inventors examined an appropriate range of the coil wire width parallel to the short side, and as shown in FIG. 1, the long side length of the planar magnetic element is a and the short side length is c (c <A), the long side length of the middle window is f, and the short side length is b (f
≧ b), where d is the width of the coil wire parallel to the long side, s is the spacing between the coil wires, and n is the number of turns of the coil, the width e of the coil wire parallel to the short side is It has been clarified that particularly good results are obtained when the relationship of d <e ≦ (a−f + s) / 2 n is satisfied.

【0013】3.上記1または2に記載の平面磁気素子
を搭載したことを特徴とするスイッチング電源。上記3
の発明は、上記1または2に記載の平面磁気素子を搭載
したスイッチング電源であり、このような平面磁気素子
を利用することによって、スイッチング電源の小型・軽
量化はいうまでもなく、そのエネルギー効率を大幅に向
上させることができる。
3. A switching power supply comprising the planar magnetic element according to 1 or 2 above. 3 above
Of the invention is a switching power supply equipped with the planar magnetic element according to 1 or 2 above, and by using such a planar magnetic element, not to mention reduction in size and weight of the switching power supply, its energy efficiency is also improved. Can be significantly improved.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的に説明す
る。まず、本発明におけるフェライト磁性層としては、
スピネル構造を有するものが好適であり、とりわけ以下
に示す組成になるNiZn系フェライトが好適である。な
お、下記の組成は、磁気素子全体を平均した場合の値で
あり、下部フェライト磁性層、上部フェライト磁性層お
よびコイル線間に充填するフェライトなど、場所に応じ
てその組成を適宜変更することができる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be specifically described below. First, as the ferrite magnetic layer in the present invention,
Those having a spinel structure are preferable, and NiZn-based ferrite having the following composition is particularly preferable. Note that the following composition is a value when the entire magnetic element is averaged, and the composition may be appropriately changed depending on the location, such as the ferrite filled between the lower ferrite magnetic layer, the upper ferrite magnetic layer and the coil wire. it can.

【0015】Fe203 :40〜50 mol% Fe203 が40 mol%に満たないとフェライトの透磁率低下
に伴うインダクタンスの劣化が大きい。逆に50 mol%を
超えるとFe2+イオンの存在により電気抵抗が急激に低下
して、高周波領域で使用する場合に渦電流の発生により
フェライトコアの損失が急増する。従って Fe203は40〜
50 mol%程度とすることが好ましい。
The Fe 2 0 3: 40~50 mol% Fe 2 0 3 is larger deterioration in inductance due to no magnetic permeability reduction in the ferrite less than 40 mol%. On the other hand, if it exceeds 50 mol%, the electrical resistance will drop sharply due to the presence of Fe 2+ ions, and when used in the high frequency range, the loss of the ferrite core will increase sharply due to the generation of eddy currents. Thus Fe 2 0 3 is 40
It is preferably about 50 mol%.

【0016】NiO:15〜50 mol% NiOが15 mol%に満たないと実用上必要なキュリー温度
を得ることができず、逆に50 mol%を超えると異相が析
出し、磁気特性が低下するので、NiOは15〜50mol%程
度とすることが好ましい。
NiO: 15 to 50 mol% If the NiO content is less than 15 mol%, the Curie temperature required for practical use cannot be obtained. On the contrary, if it exceeds 50 mol%, a different phase precipitates and the magnetic properties deteriorate. Therefore, the NiO content is preferably about 15 to 50 mol%.

【0017】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決定づける
重要なパラメータである。ZnOが15 mol%に満たないと
キュリー温度は高いもののインダクタンスが低下し、一
方35 mol%を超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15〜35 mol%程
度とすることが好ましい。
ZnO: 15-35 mol% ZnO has a great influence on the inductance and the Curie temperature. The Curie temperature is an important parameter that determines the heat resistance of the magnetic element. If the content of ZnO is less than 15 mol%, the Curie temperature is high, but the inductance decreases, whereas if it exceeds 35 mol%, the inductance is high but the Curie temperature decreases. Therefore, it is preferable to set ZnO to about 15 to 35 mol%.

【0018】CuO:0〜20 mol% CuOは、焼成温度を低減するのに有用な成分である。し
かしながら、20 mol%を超えると、焼成温度は低下する
もののインダクタンスの劣化を招くので、含有させる場
合にはCuOは 20mol%以下とすることが好ましい。
CuO: 0 to 20 mol% CuO is a useful component for reducing the firing temperature. However, if it exceeds 20 mol%, the firing temperature is lowered but the inductance is deteriorated. Therefore, when it is contained, it is preferable that the content of CuO is 20 mol% or less.

【0019】Bi203 :0〜10 mol% Bi203 は、CuOと同じく、焼成温度を低下する効果があ
る。しかしながら、10mol%を超えると焼成温度は低下
するものの、インダクタンスが劣化するため、含有させ
る場合には10 mol%以下で含有させることが好ましい。
Bi 2 0 3 : 0 to 10 mol% Bi 2 0 3 has the same effect of lowering the firing temperature as CuO. However, if the content exceeds 10 mol%, the firing temperature decreases, but the inductance deteriorates. Therefore, when it is contained, it is preferable to contain it at 10 mol% or less.

【0020】MnO:0〜20 mol%、MgO:0〜20 mol% MnOおよびMgOはいずれも、インダクタンスを増加する
効果のある成分であるが、20 mol%を超えると飽和磁化
の低下を招くので、含有させる場合には20 mol%以下で
含有させることが好ましい。
MnO: 0 to 20 mol%, MgO: 0 to 20 mol% MnO and MgO are both components effective in increasing the inductance, but if they exceed 20 mol%, the saturation magnetization is lowered. When it is contained, it is preferably contained at 20 mol% or less.

【0021】以上、好適フェライトとして、NiZn系フェ
ライトについて主に説明したが、これ以外のフェライト
であってもNiZn系フェライトと同等の特性を持つもので
あれば、いずれもが使用できるのはいうまでもない。
Although NiZn-based ferrite has been mainly described as the preferred ferrite, any ferrite other than this can be used as long as it has characteristics equivalent to those of NiZn-based ferrite. Nor.

【0022】本発明の平面磁気素子において、平面コイ
ルの形状としては、図1に示したような、矩形スパイラ
ルが好適である。なお、かような矩形スパイラルコイル
において、その最外周のコイル端子の形状を、図2(a)
に示すように、大きめの三角形にして、背面側の外部電
極との接続面積を大きくすることは、外部電極との接続
を容易ならしめる点で、より有利である。また、コイル
形状は必ずしも矩形とする必要はなく、図2(b) に示す
ように、楕円渦巻き形状として、その短辺側コイルに相
当する部分のコイル線の幅を、長辺側に相当する部分の
コイル線の幅よりも広くするようにしても良い。
In the planar magnetic element of the present invention, the shape of the planar coil is preferably a rectangular spiral as shown in FIG. In such a rectangular spiral coil, the shape of the outermost coil terminal is shown in FIG.
As shown in (3), it is more advantageous to make the connection area with the external electrode on the back side larger by making the triangle larger. Further, the coil shape does not necessarily have to be rectangular, and as shown in FIG. 2 (b), the coil wire has an elliptical spiral shape, and the width of the coil wire of the portion corresponding to the short side coil corresponds to the long side. It may be made wider than the width of the coil wire of a part.

【0023】また、平面コイルの材質としては、比抵抗
の小さい導体材料を用いることが好ましく、かような材
料としては、Ag (1.47×10-8Ω・m)、Cu (1.55×10-8Ω
・m)が挙げられる。なお、AgはCuに比べて高価であるた
め、平面磁気素子のコイルとしてはCu導体からなる平面
コイルがより好適である。
As the material of the plane coil, it is preferable to use a conductor material having a low specific resistance, and examples of such a material include Ag (1.47 × 10 −8 Ω · m) and Cu (1.55 × 10 −8). Ω
・ M). Since Ag is more expensive than Cu, a plane coil made of a Cu conductor is more suitable for the coil of the plane magnetic element.

【0024】次に、本発明の平面磁気素子の好適製造方
法について説明する。まず初めに、下部フェライト磁性
層を形成するが、これはシリコンやアルミナなどの基板
上にスクリーン印刷法のような厚膜形成法を用いて、フ
ェライト磁性粉を含んだペーストを塗布したのち、 800
〜1000 ℃程度で焼成することによってフェライト磁性
層を形成しても良いし、あるいは別途製造しておいた薄
手のフェライト焼結板をそのまま用いても良い。このよ
うな焼結板の好適厚みは 0.2〜0.6 mm程度である。
Next, a preferred method for manufacturing the planar magnetic element of the present invention will be described. First, the lower ferrite magnetic layer is formed by applying a paste containing ferrite magnetic powder on a substrate such as silicon or alumina by using a thick film forming method such as screen printing, and then applying 800
The ferrite magnetic layer may be formed by firing at about 1000 ° C., or a thin ferrite sintered plate manufactured separately may be used as it is. The preferable thickness of such a sintered plate is about 0.2 to 0.6 mm.

【0025】ついで、必要に応じて、数μm 厚程度の樹
脂コート(ポリイミド等)を施して表面を平滑化したの
ち、この上にコイル形成の下地層として無電解めっきに
よりCu膜を 0.5μm 厚程度に成膜する。ついで、この下
地めっき層の上にフォトレジストを塗布したのち、フォ
トエッチングにより所望のコイル形状のレジストフレー
ムを形成する。引き続き、電気めっきにより、レジスト
フレーム内にCuを析出させたのち、レジストを剥離し、
ついで化学エッチングによりコイル線間の下地めっき層
を除去して、平面コイルを下部フェライト磁性層の上に
形成する。この時、コイル端子も併せて形成することが
好ましい。
Then, if necessary, a resin coat (polyimide or the like) having a thickness of several μm is applied to smooth the surface, and then a Cu film having a thickness of 0.5 μm is formed thereon by electroless plating as an underlayer for coil formation. The film is formed to a degree. Then, a photoresist is applied on the base plating layer, and then a resist frame having a desired coil shape is formed by photoetching. Subsequently, by electroplating, after depositing Cu in the resist frame, the resist is peeled off,
Then, the underlying plating layer between the coil wires is removed by chemical etching to form a plane coil on the lower ferrite magnetic layer. At this time, it is preferable to also form the coil terminal.

【0026】その後、コイル線間を含めて平面コイルの
上に、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂などの樹脂とフェ
ライト粉末を混ぜた樹脂ペーストを印刷法にて塗布した
後、熱硬化処理を施して、上部フェライト磁性層を形成
する。この上部フェライト磁性層の形成に際し、樹脂ペ
ーストの硬化処理温度は 150〜400 ℃程度とすることが
好ましい。
After that, a resin paste in which a resin such as an epoxy resin or a polyimide resin and ferrite powder are mixed is applied by a printing method on the flat coil including the space between the coil wires, and then a heat curing treatment is applied to the upper portion. A ferrite magnetic layer is formed. In forming the upper ferrite magnetic layer, the curing temperature of the resin paste is preferably about 150 to 400 ° C.

【0027】また、下部フェライト磁性層を基板上に形
成する場合、基板材料としては、シリコンが低コストで
好適であるが、アルミナやフェライト磁性基板を用いて
も良い。フェライト磁性基板を用いる場合は、前記下部
フェライト工程が不要となる。また、シリコンやアルミ
ナ基板を用いてこの上に下部フェライトから形成する場
合において,最後に基板から素子部を剥がすか、基板を
削り落として基板フリーの平面磁気素子としても良い。
この場合、さらなる薄型化を達成できる。
When the lower ferrite magnetic layer is formed on the substrate, silicon is suitable as the substrate material at low cost, but alumina or ferrite magnetic substrate may be used. When the ferrite magnetic substrate is used, the lower ferrite step is unnecessary. When a lower ferrite is formed on a silicon or alumina substrate, the element portion may be peeled off from the substrate or the substrate may be scraped off to form a substrate-free planar magnetic element.
In this case, further thinning can be achieved.

【0028】さらに、本発明では、上記の平面磁気素子
を搭載することによって、スイッチング電源を作製する
ことができる。ここに上記した平面磁気素子は、小型か
つ軽量なだけでなく、コイル直流抵抗を大幅に低減する
ことができるので、かような平面磁気素子を使用するこ
とにより、スイッチング電源の小型・軽量化と共に、エ
ネルギー効率の大幅な向上を達成することができる。
Further, according to the present invention, a switching power supply can be manufactured by mounting the above planar magnetic element. The planar magnetic element described above is not only small and lightweight, but also can greatly reduce the coil DC resistance. Therefore, by using such a planar magnetic element, it is possible to reduce the size and weight of the switching power supply. , A significant improvement in energy efficiency can be achieved.

【0029】なお、かような長方形の平面磁気素子を、
スイッチング電源本体と接続する場合、外部電極を介し
て接続することになるが、例えば図3(a) に示すよう
に、平面磁気素子の背面側の最外周のコイル端子部分お
よび中央部の中窓部のコイル端子部分のみに外部電極を
設けた場合、実際に平面磁気素子を取り付ける際には左
右いずれの端部に外部電極が設けられているか分からな
いという不都合が生じる。しかしながら、この点に関し
ては、図3(b) に示すように、中窓部のコイル端子部分
について、最外周のコイル端子部分の反対側の端部領域
まで電極面積を増大させることにより、かような不都合
は解消することができる。
In addition, such a rectangular planar magnetic element is
When connecting to the switching power supply body, it is connected via an external electrode. For example, as shown in Fig. 3 (a), the outermost coil terminal part on the back side of the planar magnetic element and the middle window of the center part When the external electrode is provided only on the coil terminal portion of the portion, when the planar magnetic element is actually attached, it is not possible to know which of the left and right ends the external electrode is provided. However, regarding this point, as shown in FIG. 3 (b), by increasing the electrode area of the coil terminal portion of the middle window portion to the end region opposite to the outermost coil terminal portion, Such inconvenience can be eliminated.

【0030】[0030]

【実施例】シリコン基板上に、 Fe203/ZnO/CuO/Ni
O=49/23/12/16(mol%) の組成になるフェライト磁
性粉を含んだペーストを、スクリーン印刷法にて、長
辺:4mm、短辺:3mmの下部フェライト層として成膜
し、引き続き大気中にて 950℃で焼成した。焼成後の膜
厚は40μm であった。次に、このフェライト磁性層上
に、ポリイミド樹脂をスピンコートにより塗布したのち
熱硬化させて、3μm 厚の平滑層を形成した。引き続
き、この上に下地めっき層として 0.5μm 厚のCu膜を無
電解めっき法で成膜した。次に、この下地めっき層の上
にフォトレジストを塗布したのち、フォトエッチングに
より、下部フェライト層の外周部から50μm の位置から
中窓 550μm の範囲にわたって、矩形スパイラルコイル
のレジストフレームを形成した。その後、電気めっきに
よりレジストフレーム内にCuを70μm 析出させたのち、
レジストフレームを剥離し、ついで化学エッチングでコ
イル線間の下地めっきを除去して、図4に示すような、
平面コイルを作製した。この際、長辺に平行なコイル線
の幅dは60μm 、コイル線とコイル線の間隔sは25μm
、コイルのターン数nは14に固定し、短辺に平行なコ
イル線の幅eを表1に示すように種々に変更した。
EXAMPLES on a silicon substrate, Fe 2 0 3 / ZnO / CuO / Ni
A paste containing ferrite magnetic powder having a composition of O = 49/23/12/16 (mol%) was formed as a lower ferrite layer having a long side of 4 mm and a short side of 3 mm by a screen printing method. Subsequently, it was fired at 950 ° C in the atmosphere. The film thickness after firing was 40 μm. Next, a polyimide resin was applied onto the ferrite magnetic layer by spin coating and then heat-cured to form a smooth layer having a thickness of 3 μm. Subsequently, a Cu film having a thickness of 0.5 μm was formed as an underlying plating layer on this by electroless plating. Next, a photoresist was applied on the underlying plating layer, and then a photoresist frame of a rectangular spiral coil was formed by photoetching from a position of 50 μm from the outer peripheral portion of the lower ferrite layer to a range of 550 μm in the middle window. After that, Cu is deposited to 70 μm in the resist frame by electroplating, and then
The resist frame is peeled off, and then the base plating between the coil wires is removed by chemical etching, as shown in FIG.
A plane coil was produced. At this time, the width d of the coil wire parallel to the long side is 60 μm, and the interval s between the coil wires is 25 μm.
The number of turns n of the coil was fixed at 14, and the width e of the coil wire parallel to the short side was variously changed as shown in Table 1.

【0031】次に、 Fe203/ZnO/CuO/NiO=49/23
/12/16(mol%) の組成になる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
フェライト層として成膜し、150 ℃で熱硬化させた。熱
硬化後のコイルトップからの膜厚は 100μm であった。
かくして得られた各平面磁気素子を、図5に示すような
回路を有するスイッチング電源のコイルとして、5MHz
で駆動した。入出力は 3.8 V/1.5 V, 0.1 A である。こ
の時のインダクタの形状、コイル直流抵抗Rdcおよびス
イッチング電源のエネルギー効率について調べた結果
を、表1に併記する。
[0031] Then, Fe 2 0 3 / ZnO / CuO / NiO = 49/23
An epoxy resin paste containing ferrite magnetic powder having a composition of / 12/16 (mol%) was formed as an upper ferrite layer by a screen printing method, and heat-cured at 150 ° C. The film thickness from the coil top after thermosetting was 100 μm.
Each planar magnetic element thus obtained was used as a coil of a switching power supply having a circuit as shown in FIG.
Driven by. Input and output are 3.8 V / 1.5 V, 0.1 A. Table 1 also shows the results of examining the shape of the inductor, the coil DC resistance Rdc, and the energy efficiency of the switching power supply at this time.

【0032】[0032]

【表1】 [Table 1]

【0033】表1から明らかなように、本発明に従う平
面磁気素子をスイッチング電源のコイルとして使用した
場合には、従来に比べて、低直流抵抗でかつ高効率を達
成することができることが分かる。
As is apparent from Table 1, when the planar magnetic element according to the present invention is used as a coil of a switching power supply, it is possible to achieve a low DC resistance and high efficiency as compared with the conventional one.

【0034】[0034]

【発明の効果】かくして、本発明によれば、小型かつ軽
量で、しかもコイル直流抵抗を大幅に低減した平面磁気
素子を得ることができる。また、本発明によれば、上記
の平面磁気素子を搭載することにより、やはり軽量かつ
小型で、エネルギー効率に優れたスイッチング電源を得
ることができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a planar magnetic element which is small in size and lightweight and has a greatly reduced coil DC resistance. Further, according to the present invention, by mounting the above planar magnetic element, it is possible to obtain a switching power supply which is also lightweight and small in size and excellent in energy efficiency.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明に従う平面磁気素子の平面コイルとし
て好適な、矩形スパイラルコイルの形状を示した図であ
る。
FIG. 1 is a diagram showing a shape of a rectangular spiral coil suitable as a planar coil of a planar magnetic element according to the present invention.

【図2】 本発明に従う平面磁気素子の平面コイルとし
て好適な、矩形スパイラルコイルの別例(a) および楕円
渦巻き形コイル(b) の形状を示した図である。
FIG. 2 is a diagram showing the shapes of another example (a) of a rectangular spiral coil and an elliptical spiral coil (b) suitable as a planar coil of a planar magnetic element according to the present invention.

【図3】 平面磁気素子の背面に設けた外部電極の形状
を示した図である。
FIG. 3 is a diagram showing the shape of an external electrode provided on the back surface of the planar magnetic element.

【図4】 実施例で形成した矩形スパイラルコイルの形
状・寸法を示した図である。
FIG. 4 is a diagram showing the shape and dimensions of a rectangular spiral coil formed in an example.

【図5】 スイッチング電源の回路を示した図である。FIG. 5 is a diagram showing a circuit of a switching power supply.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小日置 英明 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川崎製 鉄株式会社技術研究所内 Fターム(参考) 5E049 AB03 5E070 AA01 AA11 BA12 CB03 CB12   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Hideaki Kohioki             1 Kawasaki-cho, Chuo-ku, Chiba-shi, Chiba Made in Kawasaki             Technical Research Institute of Iron Co., Ltd. F-term (reference) 5E049 AB03                 5E070 AA01 AA11 BA12 CB03 CB12

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 下部フェライト磁性層の面上に、平面コ
イルを有し、該平面コイルのコイル線間の空隙も含めて
その上に上部フェライト磁性層をそなえ、全体が長方形
になる平面磁気素子において、該平面磁気素子の短辺に
平行な平面コイルのコイル線の幅を、長辺に平行なコイ
ル線の幅よりも広くしたことを特徴とする平面磁気素
子。
1. A planar magnetic element having a planar coil on the surface of a lower ferrite magnetic layer, and an upper ferrite magnetic layer including a gap between coil wires of the planar coil, and having a rectangular shape as a whole. In the flat magnetic element, the width of the coil wire of the flat coil parallel to the short side of the flat magnetic element is made wider than the width of the coil wire parallel to the long side.
【請求項2】 請求項1において、平面磁気素子の長辺
長さをa、中窓の長辺長さをf、長辺に平行なコイル線
の幅をd、コイル線間隔をs、コイルのターン数をnと
する時、短辺に平行なコイル線の幅eが、次式 d<e≦(a−f+s)/2 n の関係を満足することを特徴とする平面磁気素子。
2. The flat magnetic element according to claim 1, wherein a long side length of the planar magnetic element is a, a long side length of the middle window is f, a width of a coil wire parallel to the long side is d, a coil wire interval is s, The width e of the coil wire parallel to the short side satisfies the following expression d <e ≦ (a−f + s) / 2 n, where n is the number of turns in the plane magnetic element.
【請求項3】 請求項1または請求項2に記載の平面磁
気素子を搭載したことを特徴とするスイッチング電源。
3. A switching power supply comprising the planar magnetic element according to claim 1 or 2.
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