JP2004207594A

JP2004207594A - 平面磁気素子

Info

Publication number: JP2004207594A
Application number: JP2002376729A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Echizenya; 一彦越前谷; Yasutaka Fukuda; 泰隆福田; Hideaki Kohiki; 英明小日置; Yoshio Suzuki; 喜夫鈴木
Original assignee: JFE Steel Corp; Kawatetsu Mining Co Ltd
Current assignee: JFE Steel Corp; JFE Mineral Co Ltd
Priority date: 2002-12-26
Filing date: 2002-12-26
Publication date: 2004-07-22

Abstract

【課題】本発明は、下部磁性層と上部磁性層との間に平面コイルを有し、該平面コイルのコイル線間の空隙にコイル線間磁性層を配した平面磁気素子の改良に関する。
【解決手段】平面コイルの最内周コイルの内側に前記コイル線間磁性層よりも透磁率の大きい磁性体からなる中芯を配置する。あるいは、平面コイルの最外周コイルの外側に前記コイル線間磁性層よりも透磁率の大きい磁性体からなる外枠を配置する。または、中芯と外枠の両方を配置する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、平面磁気素子の特性向上に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯機器やノートパソコン等のような、電池で駆動される携帯機器の利用が進んでいる。
このような携帯機器に対しては、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、画像データを含む大量情報の高速処理などの高機能化が求められている。
【０００３】
これにともない、電池からの単一電圧を、ＣＰＵ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必要とする各々の電圧レベル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についても、その小型・軽量化を進めることが重要な課題となっている。
【０００４】
このような状況下で、薄型化に適した平面コイルを磁性層で挟んだ磁気素子が特許文献１、特許文献２等に開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平2001−244123号公報
【特許文献２】
特開平2001−244124号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献１に開示の平面磁気素子では、上部フェライト磁性膜の形成に際して、平面コイルも同時に焼成するため、平面コイルとして、特にCuコイルを使用した場合、酸化や変形によってコイル特性が劣化し、甚だしい場合にはコイル線の破断を生じていた。
【０００７】
一方、特許文献２に開示の平面磁気素子では、上部磁性層及びコイル間磁性層はフェライト磁性粉を樹脂バインダで固着した低温合成膜としているので、コイル線の破断の問題は避けることができるが、磁性体の体積密度が低く、得られるインダクタンスが低いという問題があった。インダクタンスを高くしようとすれば、コイルのターン数を増やさざるをえなくなり、抵抗の増加が避けられなかった。
【０００８】
本発明は、コイル特性の劣化やコイル線の破断を招くことなく、インダクタンスを高くすることを可能とする平面磁気素子を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、従来の平面磁気素子のインダクタンスが低い理由について調査したところ、磁性層の透磁率が小さいことに起因しているからであるとの知見を得た。
磁性層の透磁率を大きくするには、基本的には磁性体の体積密度を上げれば良いのであるが、前述のように、平面コイルを形成した後で上部およびコイル間磁性層を焼成するとコイル特性の劣化やコイル線の破断を招く結果となる。
【００１０】
本発明者らは、上記の問題を解決すべく、鋭意検討した結果、平面コイルのコイル線間の磁性層よりも大きい透磁率を持つ磁性体を、最内周コイル内側の領域に配置する中芯、あるいは、最外周コイル外側の領域に配置する外枠として適用すれば、平面コイルのターン数を増加させることなく、つまり、コイルの抵抗を高くすることなく、そのインダクタンスを高くすることができるとの知見を得て、本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明は、下記の各項に記載の平面磁気素子とすることで上記課題を解決したのである。
(1) 下部磁性層と上部磁性層との間に平面コイルを有し、該平面コイルのコイル線間の空隙にコイル線間磁性層を配した平面磁気素子において、その平面コイルの最内周コイルの内側に前記コイル線間磁性層よりも透磁率の大きい磁性体からなる中芯を配置したことを特徴とする平面磁気素子。
(2) 下部磁性層と上部磁性層との間に平面コイルを有し、該平面コイルのコイル線間の空隙にコイル線間磁性層を配した平面磁気素子において、その平面コイルの最外周コイルの外側に前記コイル線間磁性層よりも透磁率の大きい磁性体からなる外枠を配置したことを特徴とする平面磁気素子。
(3) 下部磁性層と上部磁性層との間に平面コイルを有し、該平面コイルのコイル線間の空隙にコイル線間磁性層を配した平面磁気素子において、その平面コイルの最内周コイルの内側に前記コイル線間磁性層よりも透磁率の大きい磁性体からなる中芯を配置し、最外周コイルの外側に前記コイル線間磁性層よりも透磁率の大きい磁性体からなる外枠を配置したことを特徴とする平面磁気素子。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な実施の形態について、図１〜３の図面を参照して説明する。なお、図ｌ〜３は、本発明の平面磁気素子の模式断面図である。
図１の平面磁気素子では、下部磁性層１の上に平面コイル２が形成され、その間の空隙に磁性体を充填したコイル間磁性層３があり、さらに、平面コイル２の最内周コイル内側にはコイル間磁性層３よりも透磁率の大きい磁性体からなる中芯４が配置されている。また、平面コイル２の上面には上部磁性層５が形成されている。なお、６は端子である（以下、同じ）。
【００１３】
次に、図２の平面磁気素子においては、下部磁性層１の上に平面コイル２が形成され、その間の空隙に磁性体を充填したコイル間磁性層３があり、さらに、平面コイル２の最外周コイル外側にはコイル間磁性層３よりも透磁率の大きい磁性体からなる外枠７が配置され、平面コイル２の上面には上部磁性層５が形成されている。
【００１４】
また、図３の平面磁気素子においては、下部磁性層１の上に平面コイル２が形成され、その間の空隙に磁性体を充填したコイル間磁性層３があり、さらに、平面コイル２の最内周コイル内側にはコイル間磁性層３よりも透磁率の大きい磁性体からなる中芯４が配置され、かつ、最外周コイル外側にはコイル間磁性層３よりも透磁率の大きい磁性体からなる外枠７が配置され、平面コイル２の上面には上部磁性層５が形成されている。
【００１５】
ここで、本発明の平面磁気素子に適用する中芯４および外枠７の磁性体としては、高い電気抵抗を持ち、高周波数特性に優れるNiZn系フェライト焼結体とすることが好適である。
ところで、平面磁気素子において、平面コイル２に電流が流れると磁場が発生し、図５に示すように、磁性層の中にコイルを取り囲むように磁束線８が生じる。
【００１６】
この磁束線８は、当然、平面コイル２のコイル最内周内側およびコイル最外周外側にも生じることになる。一方、インダクタンスは、上記磁束線が通りやすいほど高くなり、その目安となる磁気抵抗（ｌ／μ・Ｓ）が低いほどインダクタンスは高くなる。なお、ｌは磁束線が通る長さ、μは透磁率、Ｓは磁束線が通る断面積である。
【００１７】
ここで、コイル間磁性層３については、平面コイル２のターン数を稼ぐために幅が狭くなっており、つまり、断面積Ｓが小さくなっており、その結果、磁気抵抗が高くなり、上下磁性層間を渡る磁束は通りにくくなっている。
一方、上下の磁性層１、５については、厚みが厚いため断面積Ｓが大きくなり、コイル間磁性層３よりも磁気抵抗は低くなって、横方向の磁束が通りやすくなっている。
【００１８】
そのため、例えば、図１に示すように、平面コイル２の最内周コイル内側にコイル間磁性層３よりも透磁率μが大きい磁性体の中芯４を配置すれば、そこでの磁気抵抗を減少させることができる。また、図２に示す外枠７を配置するのも同様であり、図３に示すように両方を配置することもできる。
したがって、コイル間磁性層３だけでは通りにくかった上下の磁性層１、５間を渡る磁束が、中芯４、あるいは、外枠７、または、その両方を通じて通りやすくなり、その結果、平面磁気素子のインダクタンスを高くすることができるのである。なお、図１の場合、中芯４に近いコイルからの磁束ほど、その影響を受け、また、図２の場合、外枠７に近いコイルからの磁束ほど、その影響を受けやすくなる。さらに、図３の場合、中芯４と外枠７の両方に近いコイルからの磁束ほど、その影響を受けやすくなることは明らかである。
【００１９】
【実施例】
以下、具体的な実施例に基づき、詳細に説明する。
（実施例１）
まず、下部磁性層として、Fe₂Ｏ₃／ZnＯ／CuＯ／NiＯ＝49／23／12／16（mol ％）組成のフェライト焼結基板を用いた。その上に、ポリイミドをスピンコートにより塗布後、熱硬化して３μｍの平滑層を形成した。引き続きポリイミド膜上に、下地メッキ層として0.5 μｍ厚のCu膜を無電解メッキ法で成膜した。次に、メッキ下地膜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、コイル幅54μｍ、コイル間の磁性層幅となるコイル間隔23μｍ、厚み90μｍ、16ターンのスパイラルコイルのレジストフレームを形成した。
【００２０】
そして、電気メッキによりレジストフレーム内にCuを析出させた後、レジストフレームを剥離し、湿式エッチングでコイル間のメッキ下地を取り除いて平面コイルを完成した。
次に、Fe₂Ｏ₃／ZnＯ／CuＯ／NiＯ＝49／23／12／16（mol ％）組成のフェライト焼結基板から、ショットブラストにより最内周コイル内側の領域に合う形状にフェライト焼結体の中芯を加工し、その中芯をコイル内側の中央部に配置した。
【００２１】
次に、Fe₂Ｏ₃／ZnＯ／CuＯ／NiＯ＝49／23／12／16（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、端子部を除くようにしてスクリーン印刷し、150 ℃で熱硬化してコイル間磁性層を形成した。
最後に、その上にFe₂Ｏ₃／ZnＯ／CuＯ／NiＯ＝49／23／12／16（mol ％）組成のフェライト焼結基板を接着して上部磁性層を形成し、本発明の平面磁気素子（図１参照）を完成した。
（実施例２）
まず、上述の実施例１と同じ工程で平面コイルまでの工程を実施した。
【００２２】
次に、Fe₂Ｏ₃／ZnＯ／CuＯ／NiＯ＝49／23／12／16（mol ％）組成のフェライト焼結基板から、ショットブラストにより最外周コイル外側の領域に合う形状にフェライト焼結体の外枠を加工し、その外枠をコイルの外側に配置した。
次に、Fe₂Ｏ₃／ZnＯ／CuＯ／NiＯ＝49／23／12／16（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、端子部を除くようにしてスクリーン印刷し、150 ℃で熱硬化してコイル間磁性層を形成した。
【００２３】
最後に、その上にFe₂Ｏ₃／ZnＯ／CuＯ／NiＯ＝49／23／12／16（mol ％）組成のフェライト焼結基板を接着して上部磁性層を形成し、本発明の平面磁気素子（図２参照）を完成した。
（実施例３）
まず、上述の実施例１、２と同じ工程で平面コイルまでの工程を実施した。
【００２４】
次に、Fe₂Ｏ₃／ZnＯ／CuＯ／NiＯ＝49／23／12／16（mol ％）組成のフェライト焼結基板から、ショットブラストにより最内周コイル内側の領域に合う形状にフェライト焼結体の中芯を加工し、かつ、最外周コイル外側の領域に合う形状にフェライト焼結体の外枠を加工し、それらの中芯と外枠をコイルの内側と外側に配置した。
【００２５】
次に、Fe₂Ｏ₃／ZnＯ／CuＯ／NiＯ＝49／23／12／16（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、端子部を除くようにしてスクリーン印刷し、150 ℃で熱硬化してコイル間磁性層を形成した。
最後に、その上にFe₂Ｏ₃／ZnＯ／CuＯ／NiＯ＝49／23／12／16（mol ％）組成のフェライト焼結基板を接着して上部磁性層を形成し、本発明の平面磁気素子（図３参照）を完成した。
【００２６】
一方、比較のための従来例として、中芯および外枠にフェライト焼結体を配置せずに、フェライト磁性樹脂とした点のみが本発明例と異なる平面磁気素子（図４参照）を作製した。
以上で得られた各平面磁気素子のインダクタンスＬ_sとＲ_sを測定した結果を表１に示す。なお、Ｌ_sの測定周波数は５ＭHzとした。
【００２７】
【表１】

【００２８】
表１から、いずれの本発明例も、従来例に比べて高いインダクタンスが得られていることがわかる。特に、中芯と外枠の両方に透磁率の大きい磁性体を使用した場合（実施例３）が最も高いインダクタンスが得られている。
なお、Ｒ_sについては、いずれもコイル形状が同じであることから同じ値となっており、本発明例ではＲ_sを増大させることなく、高いインダクタンスが得られることがわかる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、抵抗を増加させることなく、高いインダクタンスの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（実施例１）の断面模式図である。
【図２】本発明の平面磁気素子（実施例２）の断面模式図である。
【図３】本発明の平面磁気素子（実施例３）の断面模式図である。
【図４】比較のための従来例の平面磁気素子の断面模式図である。
【図５】コイル近傍の磁束線を表す平面磁気素子の部分断面模式図である。
【符号の説明】
１下部磁性層
２平面コイル
３コイル線間磁性層
４中芯
５上部磁性層
６端子
７外枠
８磁束線
11、12、13、14 平面磁気素子

Claims

下部磁性層と上部磁性層との間に平面コイルを有し、該平面コイルのコイル線間の空隙にコイル線間磁性層を配した平面磁気素子において、その平面コイルの最内周コイルの内側に前記コイル線間磁性層よりも透磁率の大きい磁性体からなる中芯を配置したことを特徴とする平面磁気素子。
下部磁性層と上部磁性層との間に平面コイルを有し、該平面コイルのコイル線間の空隙にコイル線間磁性層を配した平面磁気素子において、その平面コイルの最外周コイルの外側に前記コイル線間磁性層よりも透磁率の大きい磁性体からなる外枠を配置したことを特徴とする平面磁気素子。
下部磁性層と上部磁性層との間に平面コイルを有し、該平面コイルのコイル線間の空隙にコイル線間磁性層を配した平面磁気素子において、その平面コイルの最内周コイルの内側に前記コイル線間磁性層よりも透磁率の大きい磁性体からなる中芯を配置し、最外周コイルの外側に前記コイル線間磁性層よりも透磁率の大きい磁性体からなる外枠を配置したことを特徴とする平面磁気素子。