JP2005243752A

JP2005243752A - 平面磁気素子

Info

Publication number: JP2005243752A
Application number: JP2004048974A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Echizenya; 一彦越前谷; Yasutaka Fukuda; 泰隆福田
Original assignee: JFE Steel Corp; JFE Mineral Co Ltd
Current assignee: JFE Steel Corp; JFE Mineral Co Ltd
Priority date: 2004-02-25
Filing date: 2004-02-25
Publication date: 2005-09-08

Abstract

【要約】
【課題】本発明は、コイル間の短絡のない安定した平面コイルを具備してなる平面磁気素子を提供する。
【解決手段】平面コイルのコイル端子とコイル端子最近接コイル間の幅を、前記平面コイルのコイル間幅よりも広くする。
また、前記平面コイルのコイル端子幅をＷpとし、コイル間幅をＷsとし、コイル幅をＷcとしてなるとき、前記のコイル端子とコイル端子最近接コイル間の幅を、Ｗp・Ｗs／Ｗcの式で求められる値以上としてなることをより好適とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、平面磁気素子の平面コイルとそのコイル端子の形状に関する。

近年、携帯機器の利用が盛んになるにつれ、内部で使われる電子部品の小型・低背（薄型）化と低消費電力化が進んできている。特に、電源等に用いられるトランスやインダクタ等の平面磁気素子についても、その小型・低背化を進めることが重要な課題となってきており、特に、小型化の観点から、フォトリソグラフィー技術を利用して、より微細な線幅の平面コイルを形成する方法がとられるようになってきている（例えば、特許文献１参照）。

それに対し、平面コイルの両端に位置するコイル端子は、外部電極との接続を良好にするため大きい面積とすることが必要である。したがって、コイル端子幅とコイル幅の差が大きくなってきている。

一方、低消費電力化の面からは、平面磁気素子の直流抵抗を低くする必要があり、そのため、平面コイルのコイル断面積を増大する傾向にあり、平面コイルのコイル厚さを増やしているのが現状である（例えば、非特許文献１参照）。

ところで、フォトリソグラフィー技術を利用して、平面コイルを形成する方法は、例えば、以下のとおりである。

まず、磁性基板上に電気めっきの際の電気を流すためのCuシード薄膜をスパッタ法で形成する。

次に、フォトリソグラフィー技術を利用して、レジストフレームを形成する。具体的には、Cuシード薄膜上にフォトレジストを均一に塗布し、平面コイルのコイル形状をパターニングしたガラスマスクを通じて露光し、照射量の低い場所を現像処理によって溶解させてコイル形状と反対のレジストフレームを形成する。

次に、電気めっき法によりレジストフレームの無いところへCuをめっきし、平面コイルを形成する。

したがって、レジストフレームが壁となって、コイル間を分離する作用を有するのである。そのため、平面コイルのコイル高さに応じて、同じ高さ以上のレジストフレーム厚が必要となる。その後、不要となったレジストフレームを除去し、平面コイルのコイル間に残ったCuシード薄膜をエッチングで除去して平面コイルを完成させる。
特開2001-244123号公報 Y.Fukuda et al., IEEE Trans. Magn., 2003年, Vol.39, No.4, p.2057-2061

図２に基づき、従来の平面磁気素子における平面コイルとコイル端子の構造について説明し、その問題点について説明する。

図２（ａ）は、従来の平面磁気素子の平面コイル１とコイル端子３の形状を示す平面図である。ここで、平面コイル１は、スパイラル状に形成され、そのコイル幅とコイル間幅は一定としている。また、コイル端子３と平面コイル１の最近接のコイルまでの幅、すなわち、「コイル端子とコイル端子最近接コイル間の幅」５も前記のコイル間幅に等しい幅としている。

図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す平面コイルとコイル端子を形成するためのレジストフレーム６の配置を示すＢ−Ｂ視断面図である。ここで、11で示す点線部は、レジストフレームの倒れと剥れが生じている部分である。また、図２（ｃ）は、レジストフレーム６に対してCuめっきを行い、平面コイル１を形成した際の断面図であるが、12に示す個所でのめっき不良により、コイル間に短絡が生じることになる。

フォトリソグラフィー技術を利用して平面コイルを形成する場合、低消費電力化のために厚いコイルを形成しようとすると、その厚さに応じた厚いレジストフレームを形成することが必要となる。そのため、形成したレジストフレームのアスペクト比が高くなり、平面コイルを形成する際に、レジストフレームの倒れや剥れが発生しやすくなるのである。

そのような場合、電気めっき工程でめっきする際に、上記のようにレジストフレームがコイル間の分離の役割を果たせなくなるため、コイル間の短絡を起こしてしまい、所定の特性が得られなくなるのである。

本発明は、上記のようなレジストフレームの倒れや剥れを解消し、コイル間の短絡のない安定した平面コイルを具備してなる平面磁気素子を提供するものである。

本発明は、平面コイルのコイル端子とコイル端子最近接コイル間の幅が、前記平面コイルのコイル間幅よりも広いことを特徴とする平面磁気素子によって上記課題を解決した。

また、本発明は、前記平面コイルのコイル端子幅をＷpとし、コイル間幅をＷsとし、コイル幅をＷcとしてなるとき、前記のコイル端子とコイル端子最近接コイル間の幅を、Ｗp・Ｗs／Ｗcの式で求められる値以上としてなることを好適とする。

本発明は、平面磁気素子のコイル端子とコイル端子最近接コイル間の幅をコイル間幅よりも広くしたことで、フォトリソグラフィー工程におけるレジストフレームの倒れや剥れの不良を抑制することができるようになり、平面磁気素子のコイル短絡による特性不良を解消し、安定した平面磁気素子を提供できるようになった。

本発明者らは、コイル間の短絡不良の原因を鋭意、調査検討し、その原因となるレジストフレームの倒れや剥れが発生しやすい場所について検討し、その場所が、コイル端子に近接したコイルとコイル端子の間であることを見出した。

そして、その倒れや剥れの原因について更なる検討を重ねた結果、フォトリソグラフィー工程における現像処理の際に、溶解させるレジストの幅が狭い平面コイルのコイル部分よりも、幅の広いコイル端子部分での現像速度が速くなることが原因であることを突き止めた。つまり、現像速度が速い場所では、所定形状にレジストが溶解された後も、現像速度が遅い場所のレジストが所定形状になるまで現像液にさらされることとなり、現像速度が速い場所のレジストフレーム側面の溶解が進みすぎて、当該個所でのレジストフレーム幅が細くなってしまうのである。そして、レジストフレームの幅が細くなると、その強度が弱くなり、レジストフレームの倒れや剥れといった現象が生じることになる。

そこで、本発明者らは、細くなりやすい部分であるコイル端子とコイル端子最近接コイル間の幅を広くとるようにし、コイル間幅よりも広くしておくことで、そこでの現像が進みすぎでも、レジストフレームの倒れや剥れが生じないレジストフレーム幅を確保できるようにすればよいことに想到した。そうすることで、レジストフレームの倒れや剥れが生じないから、その後の電気めっきにおけるコイル間短絡不良を抑制できるようになった。

図１に基づき、本発明を実施するための最良の形態について具体的に説明する。なお、図２において説明したと同一の部分には同一の符号を付し、再度の説明を省略する。

図１（ａ）は、本発明の平面磁気素子の構造を模式的に示す平面図であり、また、図１（ｂ）は、その平面コイルのコイル形状を実現するためのレジストフレームを形成した際のＡ−Ａ視断面図である。

本発明の平面磁気素子の構造では、図１（ａ）から明らかなように、コイル端子とコイル端子最近接コイル間の幅５をコイル間幅Ｗsよりも広くしておくことを特徴とする。そのため、図１（ｂ）からも明らかなように、上記の５に対応するレジストフレームの幅5aが他のレジストフレームの幅よりも広くされている。

そして、このようにコイル端子とコイル端子最近接コイル間の幅５をコイル間幅Ｗsよりも広くすることによって、レジストフレームの倒れや剥れを抑制することができ、平面コイル形成後のコイル間の短絡不良を抑制できるのである。

本発明者らが、コイル端子とコイル端子最近接コイル間の幅５について更に詳細に検討したところ、この幅をコイル間幅４よりも広くするだけではなく、さらに、以下の（１）式で表される値以上とすることがより好適であることを見出した。

Ｗp・Ｗs／Ｗc ・・・（１）
ここで、Ｗp：コイル端子幅、Ｗc：コイル幅、Ｗs：コイル間幅である。

すなわち、コイル端子とコイル端子最近接コイル間の幅５が（１）式の値より小さいと、レジストフレーム６の幅を十分に広くすることができず、フォトリソグラフィーの実施条件のばらつきによっては、レジストフレーム不良が発生する可能性が高くなる。

一方、むやみに広くすると、図１（ａ）からも明らかなように、コイル端子とコイル端子最近接コイル間の幅５の領域で大きな面積を占有することになり、平面磁気素子の基本的な特性を決定するコイル部分の面積が減少してしまうことになる。

その結果、例えば、インダクタンスの低下やコイル抵抗の増加といった平面磁気素子の特性劣化をおこす可能性が高くなるので、コイル端子とコイル端子最近接コイル間の幅５は広くしすぎないことも必要である。

次に、本発明を実施例により、更に具体的に説明する。

Fe₂Ｏ₃／ZnＯ／CuＯ／NiＯ＝ 49／23／12／16（mol％）組成のフェライト基板に、電気めっきの際のCuシード薄膜として0.5μｍ厚のCu膜をスパッタ法で成膜した。

次に、Cuシード薄膜上にフォトレジストを塗布した後、フォトリソグラフィーによって、厚み90μｍ、７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。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めっき下地を取り除いて平面コイルを完成させた。作製した平面コイルのコイル端子幅Ｗp、コイル間幅Ｗs、コイル幅Ｗcについては、後述の表１に示す。

具体的には、コイル端子幅Ｗpは200から400μｍ、コイル間幅Ｗsは20μｍ、コイル幅Ｗcは40から80μｍとし、コイル端子とコイル端子最近接コイル間の幅は30から400μｍとした。そして、そのうちの組み合わせで計９種類のコイル形状の平面コイルを有する平面磁気素子をそれぞれ100個作製した。

次に、作成した各100個の平面磁気素子についてインダクタンスを測定し、所定インダクタンスより低いものをコイル短絡不良とし、その不良率を評価した。

また、比較のため、作製条件は上記と全く同じとし、コイル形状が本発明例の範囲外となる３種類のコイルも各100個作製し、同様に不良率評価を行った。具体的には、比較例として、コイル端子幅Ｗpが200から400μｍ、コイル間幅Ｗsが20μｍ、コイル幅Ｗcが40から80μｍであり、コイル端子とコイル端子最近接コイル間の幅もコイル間幅Ｗsと同じ20μｍとして作製した。

以上で得られた評価結果を表１に示す。

表１から明らかなように、本発明に従い、コイル端子とコイル端子最近接コイル間の幅をコイル間幅より広くした場合には、不良率が比較例に比べて大幅に低減されていることがわかる。さらに、コイル端子とコイル端子最近接コイル間の幅を、Ｗp・Ｗs／Ｗcの値以上とした場合、不良率は０％にまで低減できている。すなわち、コイル端子とコイル端子最近接コイル間の幅は、Ｗp・Ｗs／Ｗcの値以上とすることがより好適である。

本発明の平面磁気素子の構造を模式的に示す平面図（ａ）とそのＡ−Ａ視断面図（ｂ）である。従来の平面磁気素子の構造を模式的に示す平面図（ａ）とそのＢ−Ｂ視断面図（ｂ）、並びに、従来の問題点を説明する模式断面図（ｃ）である。

符号の説明

１平面コイル
２磁性基板
３コイル端子
５コイル端子とコイル端子最近接コイル間の幅
5a （上記の５に対応する）レジストフレームの幅
６レジストフレーム
７ Cuシード薄膜
11 レジストフレームの倒れと剥れが生じている部分
12 コイル間の短絡発生個所
Ｗp コイル端子幅
Ｗs コイル間幅
Ｗc コイル幅

Claims

平面コイルのコイル端子とコイル端子最近接コイル間の幅が、前記平面コイルのコイル間幅よりも広いことを特徴とする平面磁気素子。
前記平面コイルのコイル端子幅をＷpとし、コイル間幅をＷsとし、コイル幅をＷcとしてなるとき、
前記のコイル端子とコイル端子最近接コイル間の幅を、Ｗp・Ｗs／Ｗcの式で求められる値以上としてなることを特徴とする請求項１に記載の平面磁気素子。