JP2006310716A - Planar coil element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、平面コイル素子に関する。 The present invention relates to a planar coil element.
従来、表面実装型の平面コイル素子は、民生用機器、産業用機器等の電気製品に幅広く利用されている。中でも小型携帯機器においては、機能の充実化に伴い、各々のデバイスを駆動させるために単一の電源から複数の電圧を得る必要が生じてきている。そこで、このような電源用途等にも表面実装型の平面コイル素子が使用されている。小型携帯機器等に使用する場合の要求としては、電気的絶縁性や信頼性、超小型化、低コスト化が重視され、そのためにプリント基板回路技術、半導体回路技術を応用した平面コイル構造が提案されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, surface mount type planar coil elements have been widely used in electrical products such as consumer equipment and industrial equipment. In particular, in small portable devices, as functions are enhanced, it is necessary to obtain a plurality of voltages from a single power source in order to drive each device. Therefore, surface mount type planar coil elements are also used for such power supply applications. As requirements for use in small portable devices, etc., electrical insulation and reliability, ultra miniaturization, and cost reduction are emphasized, and therefore a planar coil structure that applies printed circuit circuit technology and semiconductor circuit technology is proposed. Has been.
下記特許文献1のコイルは、2つの磁気コアを突き合わせてなり、両端部において閉じた外殻部と中央脚部とを有するコア構造体と、中央部に透孔を有する絶縁板の表裏面にスパイラル状コイル導体を形成し、表裏コンタクト部を介して表裏面のスパイラル状コイル導体を相互に接続したコイル基板と、コイル導体に接続する外部電極とを備えている。この中央脚部が透孔に入った状態において、コイル基板はコア構造体の内側に配置され、磁気コアは中央脚部の部分においてギャップを有している。 The coil of the following Patent Document 1 is formed by abutting two magnetic cores on the front and back surfaces of an insulating plate having an outer shell portion and a central leg portion closed at both ends, and a through hole in the central portion. A spiral coil conductor is formed, and a coil substrate in which the spiral coil conductors on the front and back surfaces are connected to each other through front and back contact portions, and an external electrode connected to the coil conductor is provided. In a state where the central leg portion enters the through hole, the coil substrate is disposed inside the core structure, and the magnetic core has a gap in the central leg portion.
この特許文献1のコイルは、平面コイル基板を上下のフェライトコアでサンドイッチにしている。フェライトコアには、焼結コアを用いているが、焼結コアの厚みは0.5mm程度以下では十分な強度を得ることができない。コイル素子には、薄膜化が求められているが、このサンドイッチ構造では対応が難しい。すなわち、コイル素子の更なる小型、薄型化を図るためには、コイル導体の高集積化(高密度化)が必要であるが、このコイル構造では、焼結コアを用いるため、高集積化に限界がある。 In the coil of Patent Document 1, a planar coil substrate is sandwiched between upper and lower ferrite cores. Although a sintered core is used as the ferrite core, sufficient strength cannot be obtained when the thickness of the sintered core is about 0.5 mm or less. The coil element is required to be thin, but this sandwich structure is difficult to cope with. That is, in order to further reduce the size and thickness of the coil element, it is necessary to increase the integration (high density) of the coil conductor. There is a limit.
そこで、下記特許文献2の構造のコイルも考えられている。特許文献2のコイルは、絶縁基板上にプリント配線技術により形成されたコイルパターンを設けると共に、このコイルパターンに電気めっきによる電気めっき層を設け、コイルパターンの導体補強を行うように構成したものである。 Therefore, a coil having the structure of Patent Document 2 below is also considered. The coil of Patent Document 2 is configured such that a coil pattern formed by printed wiring technology is provided on an insulating substrate, and an electroplating layer by electroplating is provided on the coil pattern to reinforce the coil pattern. is there.
この特許文献2のコイルは、絶縁性基板上にプリント基板回路技術、半導体回路技術の応用によってコイルパターンを形成したものであり、特に小型化においては、従来の巻き線型構造と比較し、薄型化が可能であり、電気的特性や製品寸法のばらつきが少なく、大量生産による低コスト化を図れる等の利点がある。しかしながら、十分なインダクタンス値が得られない。 The coil of Patent Document 2 is formed by forming a coil pattern on an insulating substrate by application of printed circuit board circuit technology and semiconductor circuit technology. Especially in miniaturization, the coil is made thinner than a conventional winding structure. There are advantages such as low variation in electrical characteristics and product dimensions, and reduction in cost by mass production. However, a sufficient inductance value cannot be obtained.
薄型化の観点からは下記特許文献3のコイルが知られている。特許文献3のコイルは、第1のフェライト磁性膜の面上に平面コイルを有し、その上に第2のフェライト磁性膜が形成され、平面コイルと導通している外部電極を有する平面磁気素子であって、第1、第2のフェライト磁性膜の一方又は双方がフェライト磁性粉を樹脂バインダで固着してなる。 From the viewpoint of thickness reduction, a coil disclosed in Patent Document 3 below is known. The coil of Patent Document 3 includes a planar magnetic element having a planar coil on the surface of the first ferrite magnetic film, a second ferrite magnetic film formed thereon, and an external electrode electrically connected to the planar coil. In this case, one or both of the first and second ferrite magnetic films are formed by fixing ferrite magnetic powder with a resin binder.
特許文献3のコイルは、焼結コアの代わりに、樹脂バインダ内にフェライト磁性粉を混ぜたフェライト磁性膜を用いるため、インダクタンス値を保持しつつ薄型化が可能である。
しかしながら、特許文献3のコイル構造では、直流バイアス電流を加えたときに、磁気飽和が生じ、インダクタンス値が低下してしまう。このため、特許文献3のコイル構造では、インダクタンス値を向上させることが困難である。 However, in the coil structure of Patent Document 3, when a DC bias current is applied, magnetic saturation occurs and the inductance value decreases. For this reason, in the coil structure of Patent Document 3, it is difficult to improve the inductance value.
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、薄型であってインダクタンスが高い平面コイル素子を提供すること目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a flat coil element that is thin and has high inductance.
上述の課題を解決するため、第1の平面コイル素子は、開口を有する非磁性の絶縁基体と、絶縁基体の一方面上に設けられた平面コイル用の第1導体パターンと、第1導体パターンを被覆する第1磁性層と、絶縁基体の他方面上に設けられた第2磁性層とを備え、第1及び第2磁性層は磁性体を含有し、開口を介して接続され、且つ、第1導体パターンの外縁領域において厚み方向にギャップを有して離隔していることを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, a first planar coil element includes a nonmagnetic insulating substrate having an opening, a first conductor pattern for a planar coil provided on one surface of the insulating substrate, and a first conductor pattern. And a second magnetic layer provided on the other surface of the insulating substrate, the first and second magnetic layers contain a magnetic material, are connected through an opening, and The outer edge region of the first conductor pattern is spaced apart with a gap in the thickness direction.
この場合、磁性層には磁性体が含まれているため、薄型ではあるが、導体パターンの内側から外側へ回り込む磁束が、磁性体内を通ることとなる。ここで、2つの磁性層は、第1導体パターンの外縁領域において厚み方向にギャップを有して離隔しているため、この磁束による磁気回路の磁気飽和は抑制され、直流バイアス電流を加えたときのインダクタンスを高くすることができる。 In this case, since the magnetic layer contains a magnetic material, the magnetic layer is thin, but the magnetic flux that goes from the inside to the outside of the conductor pattern passes through the magnetic body. Here, since the two magnetic layers are separated from each other with a gap in the thickness direction in the outer edge region of the first conductor pattern, magnetic saturation of the magnetic circuit due to the magnetic flux is suppressed, and when a DC bias current is applied. The inductance can be increased.
第2の平面コイル素子は、第2磁性層に被覆されるように、絶縁基体の他方面上に設けられた平面コイル用の第2導体パターンを更に備え、開口を介して第1及び第2導体パターンは電気的に接続されていることを特徴とする。 The second planar coil element further includes a second conductor pattern for a planar coil provided on the other surface of the insulating base so as to be covered with the second magnetic layer, and the first and second via the openings. The conductor patterns are electrically connected.
この場合、2つの導体パターンを接続することで、開口内を通る磁束密度を増加させることができる。 In this case, the density of magnetic flux passing through the opening can be increased by connecting the two conductor patterns.
第3の平面コイル素子では、第1磁性層上に磁性体を含有しない樹脂層が形成されていることを特徴とする。この場合、当該層によって第1磁性層は保護されるため、第1磁性層の磁性体の劣化や酸化を抑制することができる。 The third planar coil element is characterized in that a resin layer not containing a magnetic material is formed on the first magnetic layer. In this case, since the first magnetic layer is protected by the layer, deterioration and oxidation of the magnetic body of the first magnetic layer can be suppressed.
第4の平面コイル素子では、第2磁性層上に磁性体を含有しない樹脂層が形成されていることを特徴とする。この場合、当該層によって第2磁性層は保護されるため、第2磁性層の磁性体の劣化や酸化を抑制することができる。 The fourth planar coil element is characterized in that a resin layer not containing a magnetic material is formed on the second magnetic layer. In this case, since the second magnetic layer is protected by the layer, deterioration and oxidation of the magnetic body of the second magnetic layer can be suppressed.
第5の平面コイル素子は、第1導体パターンと第1磁性層との間に介在し、磁性体を含有しない樹脂層を備えることを特徴とする。この場合、第1導体パターンを構成する導体間の交流抵抗やキャパシタンスを磁性体含有率とは独立に制御することができるため、また、磁性体を含まない樹脂材料は磁性体に邪魔されずに導体間に入り込むことができるので、高精度の平面コイル素子を提供することができる。 The fifth planar coil element includes a resin layer that is interposed between the first conductor pattern and the first magnetic layer and does not contain a magnetic substance. In this case, since the AC resistance and capacitance between the conductors constituting the first conductor pattern can be controlled independently of the magnetic substance content rate, the resin material not including the magnetic substance is not obstructed by the magnetic substance. Since it can enter between conductors, a highly accurate planar coil element can be provided.
第6の平面コイル素子は、第2導体パターンと第2磁性層との間に介在し、磁性体を含有しない樹脂層を備えることを特徴とする。この場合、第2導体パターンを構成する導体間の交流抵抗やキャパシタンスを磁性体含有率とは独立に制御することができるため、また、磁性体を含まない樹脂材料は磁性体に邪魔されずに導体間に入り込むことができるので、高精度の平面コイル素子を提供することができる。 The sixth planar coil element includes a resin layer that is interposed between the second conductor pattern and the second magnetic layer and does not contain a magnetic substance. In this case, since the AC resistance and capacitance between the conductors constituting the second conductor pattern can be controlled independently of the magnetic substance content rate, the resin material not including the magnetic substance is not disturbed by the magnetic substance. Since it can enter between conductors, a highly accurate planar coil element can be provided.
第7の平面コイル素子は、第1及び/又は第2導体パターンは銅の表面に粗化処理又は酸化処理がされたCu処理層を備えることを特徴とする。この場合、樹脂層とCu処理層との接着強度を増加させることができ、素子の信頼性が向上する。 In the seventh planar coil element, the first and / or second conductor pattern includes a Cu treatment layer in which a roughening treatment or an oxidation treatment is performed on a copper surface. In this case, the adhesive strength between the resin layer and the Cu treatment layer can be increased, and the reliability of the element is improved.
第8の平面コイル素子は、第1及び/又は第2磁性層が、磁性体を含む樹脂層であることを特徴とする。この場合、第1及び/又は第2磁性層を容易に形成することができる。 The eighth planar coil element is characterized in that the first and / or second magnetic layer is a resin layer containing a magnetic material. In this case, the first and / or second magnetic layer can be easily formed.
第10の平面コイル素子は、第1及び/又は第2磁性層が、磁性体としてフェライトを含み、微粉吹き付け法により形成されていることを特徴とする。この場合、第1及び/又は第2磁性層を容易に形成することができると共に、より一層インダクタンスを高くすることができる。 The tenth planar coil element is characterized in that the first and / or second magnetic layer includes ferrite as a magnetic material and is formed by a fine powder spraying method. In this case, the first and / or second magnetic layer can be easily formed and the inductance can be further increased.
本発明の平面コイル素子は、薄型でインダクタンスが高くなる。 The planar coil element of the present invention is thin and has high inductance.
以下、実施の形態に係る平面コイル素子について説明する。なお、同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。 Hereinafter, the planar coil element according to the embodiment will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same part and the overlapping description is abbreviate | omitted.
図1はコイル基板30の平面図である。
FIG. 1 is a plan view of the
このコイル基板30をエポキシ樹脂等の樹脂材料で被覆したものがコイル基材100(平面コイル素子)となる。
A coil substrate 100 (planar coil element) is formed by coating the
まず、XYZ直交座標系を図示の如く設定する。XY平面内におけるコイル基板30の横断面形状は1辺が数mmの四角形であり、コイル基板30の厚み方向をZ方向とすると、XZ平面に平行な面に図示しない外部端子が設けられる。
First, an XYZ rectangular coordinate system is set as shown in the figure. The cross-sectional shape of the
コイル基板30は、中央部分に円形の開口35を有する非磁性の絶縁板(絶縁基体)31と、絶縁板31の一方面上に設けられた平面コイル用の第1導体パターン34と、絶縁板31の他方面上に設けられた平面コイル用の第2導体パターン34を備え、開口35を介して第1及び第2導体パターン34は電気的に接続されている。
The
導体材料によって形成されたスパイラル状の平面コイル34は、円形の開口35を囲むように配置されている。第1、第2の平面コイル34はコイル基板30の両面上に形成されていて、それぞれ導出端電極32に電気的に接続されている。それぞれのコイル34は、円形の開口35の近傍から外側に向かって渦巻き状に延びている。
A spiral
一方面の平面コイル34は、そのコイル露出面を臨む方向から見て、外側に向かう方向に沿って左回転の渦巻きを構成し、他方面の平面コイル34も、そのコイル露出面を臨む方向から見て、外側に向かう方向に沿って左回転の渦巻きを構成し、これらの中心部分を電気的に接続して重ね合わせ、一方向に電流を流した時に、電流の流れる回転方向が同一となるように設定されている。すなわち、双方の平面コイル34で発生する磁束は重畳して強め合う。
When viewed from the direction facing the coil exposed surface, the
コイル基板30の一方の面に形成された平面コイル34が接続されている導出端電極32と、他方の面に形成された平面コイル34が接続されている導出端電極32とは、それぞれコイル基板30の対向する辺に設けられている。また、コイル基板30の両面に設けられている平面コイル34は、円形の開口35の周縁部に形成された表裏コンタクト部36によって互いに電気的に接続されている。表裏コンタクト部36は絶縁板31を厚み方向に貫通している。
The lead-out
従って、コイル基板30の一方の辺に設けられている導出端電極32と、他方の辺に設けられている導出端電極32との間に電圧を印加すると、コイル基板30の一方の面に形成されているコイル34から、他方の面に形成されているコイル34へと流れる電流が生じる。
Therefore, when a voltage is applied between the lead-out
コイル基板30の円形の開口35内には鉄、ニッケル、あるいはフェライト等の磁性体を含む樹脂材料が位置することとなる。
A resin material containing a magnetic material such as iron, nickel, or ferrite is located in the
次に、コイル基板30の製造方法について図2〜図4を参照しながら説明する。
Next, a method for manufacturing the
図2及び図3は、コイル基板30の製造方法を説明するための図であって、コイル基板30の一部分に相当する部分の縦断面(XZ平面)を図示するものとする。
2 and 3 are views for explaining a method of manufacturing the
まず、絶縁板31を準備する(図2(A)参照)。この絶縁板31は板厚が60μmのものであって、ガラスクロスにシアネート樹脂(BT(ビスマレイミド・トリアジン)レジン:登録商標)が含浸されており、既に円形の開口35が形成されているものとする(図2においては示さない)。なお、BTレジンのほか、ポリイミド、アラミド等を用いることもできる。また、樹脂の誘電率は、浮遊容量の増大を回避するために7以下のものを選定する。絶縁板31の材料としてはセラミックを用いることもできる。絶縁板31の材料としてはガラスを用いることもできる。絶縁板31の材料としては、大量生産されているプリント基板材料が好ましく、特にBTプリント基板、FR4プリント基板、あるいはFR5プリント基板に用いられる樹脂材料が最も好ましい。
First, the insulating
続いて、絶縁板31の表面及び裏面に下地層60を無電解めっきにてそれぞれ同時に形成する(図2(B)参照)。
Subsequently, the
次に、絶縁板31の表面及び裏面に同時に形成した下地層61それぞれの上に、フォトレジスト層61(レジスト層)をそれぞれ同時に電着成膜する(図2(C)参照)。この表面及び裏面に形成したフォトレジスト層61において、コイル導34(図1参照)を形成しようとするパターンに沿ってフォトリソグラフィ法で表面及び裏面の片面毎に露光を行い、その後表面及び裏面同時に現像し、除去部611を形成する(図2(D)参照)。
Next, a photoresist layer 61 (resist layer) is simultaneously electrodeposited on each of the
このようにパターン形成したフォトレジスト層61をめっきマスクとして、図2(D)における除去部611に相当する部分に選択的に電解めっき法により、表面及び裏面の両面同時にコイル導体用めっき層62(第1電気めっき層)を形成する(図3(A)参照)。
Using the
図4は、電解めっき膜を成膜する際に用いる成膜装置8の構成図である。 FIG. 4 is a configuration diagram of a film forming apparatus 8 used when forming an electrolytic plating film.
成膜装置8は液槽81を有しており、この液槽81にはめっき液が入れられている。液槽81内には、電解めっき膜を成膜するウエハ83を保持するためのめっき治具82が配置されている。めっき治具82には治具遮蔽板821が設けられていて、ウエハ83の外周部分を遮蔽している。めっき治具82を挟むように一対のアノード84が設けられている。めっき治具82と一対のアノード84との間には、それぞれ外遮蔽板85と攪拌格子86とが設けられている。めっき治具82と一対のアノード84との間に所定の電圧が印加されるので、めっき治具82に取り付けられているウエハ83の両面に同時にめっきが可能となる。
The film forming apparatus 8 has a
このようにして、例えば、高さ20μm、幅70μm、ギャップ30μmのCu導体パターン(導体線)を形成できる。この「高さ」「幅」とはCu導体パターンの高さと幅であり、ここでいうギャップとは、隣合うCu導体パターン間の距離である。 In this way, for example, a Cu conductor pattern (conductor line) having a height of 20 μm, a width of 70 μm, and a gap of 30 μm can be formed. The “height” and “width” are the height and width of the Cu conductor pattern, and the gap here is the distance between adjacent Cu conductor patterns.
このコイル導体用めっき層62を形成した後、めっきマスクとしてのフォトレジスト層61を表面及び裏面の両面同時に剥離除去する(図3(B)参照)。
After the coil
図3(B)に示した状態から、コイル導体用めっき層62が形成されている部分以外の下地層60をエッチングして除去し、下地部60aをコイル導体用めっき層62と絶縁板31との間に残す(図3(C)参照)。
From the state shown in FIG. 3B, the
その後、選択めっきマスク無しで、図4に示した装置を用いて両面同時に2回目の電解めっきを行い、コイル導体用めっき層62を電着により更に成長形成させる(図3(D)参照)。例えば、高さ80〜100μm、幅80〜85μm、ギャップ15μmのCu導体パターンが両面同時に形成される。なお、1回目のめっき処理で例えば、高さ35μm、幅35μmの導体パターンを作製し、2回目のめっき処理で高さ75μm、幅65μmの導体パターンを作製するなど、数値としては幾つもの例がある。
Thereafter, without the selective plating mask, the second electrolytic plating is simultaneously performed on both sides using the apparatus shown in FIG. 4, and the coil
これにより、平面コイル34としての十分な肉厚の導体部が得られる。隣り合うコイル導体間のギャップGが15μm以下になるまで高密度に平面コイル34を成長形成させることができる。これは、高さ方向には電気量に比例しめっき層が形成されていくのに対し、幅(ギャップG)方向にはギャップが狭くなるにつれて、めっき層が形成されていく速度が遅くなることによる。
Thereby, a sufficiently thick conductor portion as the
このように、コイル基板30は、隣合う平面コイル34間の隙間Gが15μm以下になるまで、高密度に電気めっき層62を成長させた平面コイル34を有する。また、コイル導体のアスペクト比(平面コイル34の高さ/幅)も、0.2〜5程度に高く設定可能であるため、直流抵抗を0.01〜10オーム程度にまで低下させることができる。直流抵抗を0.01オーム未満にすることは小型コイルでは困難であり、10オームを越えると導体の発熱が問題となる。アスペクト比が2未満ではコイル導体の直流抵抗が大きくなり、5を超えると電気めっき時間が増大する。
Thus, the
コイル導体用めっき層62の形成完了により、平面コイル34を絶縁板31の両面に形成し終えた後、平面コイル34の頂面を研磨することで、余剰部分34Kを除去し、平面コイル34の面内の高さを均一にする。この高さの均一度は、平均値からの偏差の最大値が10%以下となるように行う。
After the formation of the coil
次に、Cu導体パターンを形成した表面のCuに処理を施し、Cu処理層34aを形成する。Cu処理層34aは、銅の表面に凹凸(例えば、5μm〜7μm)を設ける粗化処理、又は銅の表面に酸化膜を設ける酸化処理により形成する。また、粗化処理と酸化処理を併用しても良い。Cu処理層34aにより樹脂33との接着強度が向上する。また、Cu導体の線間に樹脂33が入り込み易くなる。
Next, the surface Cu on which the Cu conductor pattern is formed is treated to form a
次に、保護樹脂層33(ソルダーレジスト)を絶縁板31の両面に印刷し、保護樹脂層33で平面コイル34を被覆して保護することでコイル基板30を具備するコイル基材100が完成する。実際には、一度に複数のコイルを作製するため、スパイラルパターンのコイル導体が整列したウエハ(コイル基板の集合体)が作製されている。さらに、ソルダーレジスト上に、マスクスパッタ法によりCr及びCuを連続的に成膜し、所定のスパイラル電極部から取り出し電極を作製する。
Next, the protective resin layer 33 (solder resist) is printed on both surfaces of the insulating
各コイル基板には、磁性体を混ぜたエポキシ系の接着剤を塗布し、150℃雰囲気の中で硬化させる。その後、ダイサーによりチップ化を行い各々の素子を作製する。回路接続用のユーザー端子となる外部端子電極を形成するため、バレル研磨を行った後に、端子面のCu(導出端電極部)をウェット処理とドライ処理の両方を利用して洗浄し、マスクスパッタ法によりCr及びCuを連続的に成膜する。これにCu、Ni、Snのバレルめっきを施して外部端子電極とする。これにより、例えば、製品サイズ縦3mm×横2.6mm×高さ0.4mmの表面実装型コイル素子が作製できる。外部端子電極は、Ag又はCu等の導体ペーストの塗布、効果処理によって形成してもよい。 Each coil substrate is coated with an epoxy adhesive mixed with a magnetic material and cured in an atmosphere at 150 ° C. Thereafter, each element is fabricated by dicing into chips. In order to form external terminal electrodes to be user terminals for circuit connection, after barrel polishing, the Cu (leading end electrode portion) on the terminal surface is cleaned using both wet processing and dry processing, and mask sputtering is performed. Cr and Cu are continuously formed by the method. This is subjected to barrel plating of Cu, Ni, and Sn to form external terminal electrodes. Thereby, for example, a surface-mounted coil element having a product size of 3 mm long × 2.6 mm wide × 0.4 mm high can be produced. The external terminal electrode may be formed by applying a conductive paste such as Ag or Cu and effect processing.
上述したように、本実施形態では、複数の平面コイル34が整列したウェハ(絶縁板31)に平面コイル34を覆うように保護樹脂層33を形成し、保護樹脂層33が形成されたウェハ(絶縁板31)を切断することにより、コイル素子を得ている。得られたコイル素子では、絶縁板31が、外縁領域において厚み方向にギャップとして機能する。コイル導体用の材料としてCuを用い、絶縁板31として電子部品集積用プリント基板で用いられている樹脂基板用の材料を用いた場合、保護樹脂層33を低温にて形成する手法が必要とされる。
As described above, in the present embodiment, a
次に、本発明の特徴である保護樹脂層33について説明する。
Next, the
図5は、コイル基材100の縦断面図である。
FIG. 5 is a longitudinal sectional view of the
図5(A)では、絶縁板31の両面に平面コイル34が設けられてなるコイル基板30の周囲に、保護樹脂層33が設けられている。保護樹脂層33には、磁性材料(磁性体)が混入されている。磁性体として、フェライト粉を用いることができる。
In FIG. 5A, a
ここでは、絶縁基板の一方面側に位置する樹脂層33を第1樹脂層とし、他方面側に位置する樹脂層33を第2樹脂層とする。平面コイル素子100は、絶縁板31の一方面上に設けられた平面コイル用の第1導体パターン34を被覆する第1樹脂層(33)と、絶縁板31の他方面上に設けられた第2樹脂層(33)とを備え、第1及び第2樹脂層(33)は磁性体を含有し、開口35(図1参照)を介して接続され、且つ、第1導体パターン34の外縁領域Qにおいて厚み方向にギャップ「g」を有して離隔している。ギャップ「g」は絶縁板31の厚みである。
Here, the
この場合、樹脂層33には磁性体が含まれているため、平面コイル素子は焼結コアを用いたものよりは薄型であるが、導体パターン34の内側から外側へ回り込む磁束Φ(図6参照)が、樹脂層33内の磁性体内を通ることとなる。ここで、2つの樹脂層33は、第1導体パターン34の外縁領域Qにおいて厚み方向にギャップ「g」を有して離隔しているため、この磁束による磁気回路の磁気飽和は抑制され、インダクタンスを高くすることができる。なお、開口35内に充填される樹脂は、便宜上、第1樹脂層33に属するものとする。
In this case, since the
上述のように、平面コイル用の第2導体パターン34は、第2樹脂層33に被覆されるように、絶縁板31の他方面上に設けられ、開口35を介して第1及び第2導体パターン34は電気的に接続されている。したがって、2つの導電パターンを接続することで、開口35内を通る磁束密度を増加させることができる。
As described above, the
次に、平面コイル素子の変形例について説明する。以下の説明では、上記平面コイル素子100との相違点のみについて説明する。
Next, a modified example of the planar coil element will be described. In the following description, only differences from the
図5(B)では、絶縁板31の片面にのみ第1導体パターン34が設けられてなるコイル基板30の周囲に、磁性体を含有した保護樹脂層33が設けられている。
In FIG. 5B, a
図5(C)では、絶縁板31の両面に導体パターン34が設けられてなるコイル基板30は、磁性材料を含有しない保護樹脂層33x内に埋設され、保護樹脂層33xの周囲は磁性材料を含有する保護樹脂層33によって覆われている。
In FIG. 5C, the
この平面コイル素子100は、一方面側の第1導体パターン34と第1樹脂層33との間に介在し、磁性体を含有しない樹脂層33xを備えている。この場合、第1導体パターン34を構成する導体間の交流抵抗やキャパシタンスを磁性体含有率とは独立に制御することができるため、また、磁性体を含まない樹脂層(樹脂材料)33xは磁性体に邪魔されずに導体間に入り込むことができるので、高精度の平面コイル素子を提供することができる。
The
また、平面コイル素子100は、他方面側の第2導体パターン34と第2樹脂層33との間に介在し、磁性体を含有しない樹脂層33xを備えている。この場合、第2導体パターンを構成する導体間の交流抵抗やキャパシタンスを磁性体含有率とは独立に制御することができるため、また、磁性体を含まない樹脂層(樹脂材料)33xは磁性体に邪魔されずに導体間に入り込むことができるので、高精度の平面コイル素子を提供することができる。
The
図5(D)では、絶縁板31の両面に導体パターン34が設けられてなるコイル基板30は、磁性材料を含有しない保護樹脂層33x内に、コイルの頂面Tが露出するように埋設され、保護樹脂層33xの周囲は磁性材料を含有する保護樹脂層33によって覆われている。
In FIG. 5D, the
図5(E)では、絶縁板31の両面に導体パターン34が設けられてなるコイル基板30は、磁性材料を含有する保護樹脂層33内に埋設され、保護樹脂層33の周囲は磁性材料を含有しない保護樹脂層33yによって覆われている。
In FIG. 5E, the
すなわち、一方面の第1樹脂層33上に磁性体を含有しない樹脂層33yが形成されている。この場合、樹脂層33yによって第1樹脂層33は保護されるため、第1樹脂層33内部の磁性体の劣化や酸化を抑制することができる。また、第2樹脂層33上に磁性体を含有しない樹脂層33yが形成されており、樹脂層33yによって第2樹脂層33は保護されるため、第2樹脂層33内部の磁性体の劣化や酸化を抑制することができる。
That is, the
図5(F)では、絶縁板31の両面に導体パターン34が設けられてなるコイル基板30は、保護樹脂層33内に埋設され、導体パターン34の導体外周は粗化処理又は酸化処理され、Cu処理層34aが形成されている。保護樹脂層33には、磁性材料が混入している。
In FIG. 5F, the
この平面コイル素子100では、第1及び/又は第2導体パターン34は銅の表面にCu処理層34aを備えている。この場合、樹脂層33とCu処理層34aとの接着強度を増加させることができ、素子の信頼性が向上する。
In the
図5(G)では、絶縁板31の両面に導体パターン34が設けられてなるコイル基板30は、その導体外周が粗化処理または酸化処理され、磁性材料を含有しない保護樹脂層33x内に埋設されている。保護樹脂層33xの周囲は磁性材料を含有する保護樹脂層33によって覆われ、保護樹脂層33は磁性材料を含有しない保護樹脂層33yによって覆われている。
In FIG. 5G, the
この平面コイル素子100では、第1及び/又は第2導体パターン34は銅の表面にCu処理層34aを備えている。この場合、樹脂層33xとCu処理層34aとの接着強度を増加させることができ、素子の信頼性が向上する。
In the
上述した実施形態では、絶縁板31の一方面上に設けられた導体パターン34を被覆する第1磁性層が、絶縁基板の一方面側に位置する樹脂層33(第1樹脂層)とされ、絶縁板31の他方面上に設けられた第2磁性層が、絶縁板31の他方面側に位置する樹脂層33(第2樹脂層)とされている。このように、第1磁性層が磁性体を含む樹脂層である場合、第1磁性層を容易に形成することができる。また、第2磁性層が磁性体を含む樹脂層である場合、第2磁性層を容易に形成することができる。
In the embodiment described above, the first magnetic layer covering the
上述した実施形態では、磁性層として、磁性体を含む樹脂層を用いているが、これに限られない。例えば、磁性体を含む樹脂層の代わりに、磁性体としてフェライトを含むと共に微粉吹き付け法により形成された磁性層を用いてもよい。 In the embodiment described above, a resin layer containing a magnetic material is used as the magnetic layer, but the present invention is not limited to this. For example, instead of a resin layer containing a magnetic material, a magnetic layer containing ferrite as a magnetic material and formed by a fine powder spraying method may be used.
微粉吹き付け法は、微粉を高速で基板に吹き付けて下地を被覆する方法の総称であり、低温で大きな密度と磁気特性の高い結晶層を達成できることできる。微粉吹き付け法の一つに、AD(エアロゾルデポジション)法が存在する。AD法は、酸化物などの微粉をノズルからキャリアガスにより噴射させ基板上に衝撃固化させる方法であり、フェライト材料に適している。 The fine powder spraying method is a general term for a method of spraying fine powder onto a substrate at a high speed to coat a base, and can achieve a crystal layer having a large density and high magnetic properties at a low temperature. One of the fine powder spraying methods is the AD (aerosol deposition) method. The AD method is a method in which fine powders such as oxides are ejected from a nozzle by a carrier gas and solidified by impact on a substrate, and is suitable for a ferrite material.
図7を参照して、AD法を用いた磁性層の形成方法について説明する。AD法では、振動機構102により、エアロゾル室103中のフェライト粉をエアロゾル化させ、フェライト微粒子を生成させる。生成したフェライト微粒子を、ガスボンベ101からのキャリアガス(例えば、Heガス)を用いて、成膜チャンバー107とエアロゾル室103の圧力差を利用して高速搬送し、ノズル104から基板105に向けて噴射する。成膜チャンバー107とエアロゾル室103の圧力差は、ロータリーポンプ108により形成される。基板105上でフェライト微粒子は、噴射のエネルギーにより破砕、堆積を繰り返しながら、結晶化し、磁性層が形成される。基板105は、移動可能な基板ホルダー106に取り付けられている。AD法については、電気学会論文誌A(基礎・材料・共通部門誌), Vol. 124 (2004) No. 10 pp.887-891等に示されている。
With reference to FIG. 7, the formation method of the magnetic layer using AD method is demonstrated. In the AD method, the ferrite powder in the
上述したAD法を用いることにより、絶縁板31の一方面上に設けられた導体パターン34を被覆する第1磁性層を形成することができると共に、絶縁板31の他方面上に設けられた第2磁性層を形成することができる。この場合でも、第1及び第2磁性層は磁性体を含有し、絶縁板31の開口を介して接続され、且つ、絶縁板31の一方面上に設けられた導体パターン34の外縁領域において厚み方向にギャップを有して離隔している。ギャップは、絶縁板31の厚みである。
By using the above-described AD method, the first magnetic layer covering the
AD法を用いて磁性層を形成した場合でも、磁性層を樹脂層33とした上記実施形態と同様に、平面コイル素子は焼結コアを用いたものよりは薄型であるが、導体パターン34の内側から外側へ回り込む磁束Φ(図6参照)が、磁性層内を通ることとなる。ここで、2つの磁性層は、第1導体パターン34の外縁領域Qにおいて厚み方向にギャップを有して離隔しているため、この磁束による磁気回路の磁気飽和は抑制され、インダクタンスを高くすることができる。
Even when the magnetic layer is formed by using the AD method, the planar coil element is thinner than the one using the sintered core as in the above embodiment in which the magnetic layer is the
上述のように、平面コイル用の第2導体パターン34は、第2磁性層に被覆されるように、絶縁板31の他方面上に設けられ、開口35を介して第1及び第2導体パターン34は電気的に接続されている。したがって、2つの導電パターンを接続することで、開口35内を通る磁束密度を増加させることができる。
As described above, the
AD法によると、低温で大きな密度と磁気特性の高い結晶層を達成できるため、フェライトが含有された樹脂からなる磁性層を用いた場合より、透磁率の高いフェライト厚膜からなる磁性層の被覆形成が可能になる。そのため、より一層インダクタンスを高くすることができる。 According to the AD method, since a crystal layer having a high density and high magnetic properties can be achieved at a low temperature, a magnetic layer made of a thick ferrite film having a higher magnetic permeability than a magnetic layer made of a resin containing ferrite is used. Formation becomes possible. Therefore, the inductance can be further increased.
また、AD法により磁性層を形成しているので、磁性体としてフェライトを含む磁性層を容易に形成することができる。 Moreover, since the magnetic layer is formed by the AD method, a magnetic layer containing ferrite as a magnetic body can be easily formed.
絶縁板31の一方面上に設けられた導体パターン34を被覆する第1磁性層を樹脂層33(第1樹脂層)とし、絶縁板31の他方面上に設けられた第2磁性層をAD法により形成してもよい。また、絶縁板31の一方面上に設けられた導体パターン34を被覆する第1磁性層をAD法により形成し、絶縁板31の他方面上に設けられた第2磁性層を樹脂層33(第2樹脂層)としてもよい。
The first magnetic layer covering the
磁性層は、上述した微粉吹き付け法以外の手法にて形成してもよい。例えば、厚膜法により、導体パターンを被覆するようにペースト状のフェライトを塗布した後、焼結させて形成してもよい。また、圧粉成形法、めっき法、熔射法等の形成技術を用いて磁性層を形成してもよい。なお、磁性層を形成する場合、下地となる絶縁基体や導体パターンの耐熱性を考慮しておく必要がある。磁性層の形成には、上述した微粉吹き付け法のように、磁性層を低温形成できる手法を採用することが好ましい。 The magnetic layer may be formed by a method other than the fine powder spraying method described above. For example, it may be formed by applying paste-like ferrite so as to cover the conductor pattern by a thick film method and then sintering. Moreover, you may form a magnetic layer using formation techniques, such as a compacting method, a plating method, and a spraying method. When forming the magnetic layer, it is necessary to consider the heat resistance of the insulating base or conductor pattern as a base. For the formation of the magnetic layer, it is preferable to employ a technique capable of forming the magnetic layer at a low temperature, such as the fine powder spraying method described above.
また、コイル基板30をフェライト等からなる小型のケースに入れてコイル素子を構成するようにしてもよい。
Further, the
本発明は、平面コイル素子に利用することができる。 The present invention can be used for planar coil elements.
30…コイル基板、31…絶縁板、32…導出端電極、33…保護樹脂層、34…コイル導体、36…表裏コンタクト部。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記絶縁基体の一方面上に設けられた平面コイル用の第1導体パターンと、
前記第1導体パターンを被覆する第1磁性層と、
前記絶縁基体の他方面上に設けられた第2磁性層と、
を備え、
前記第1及び第2磁性層は磁性体を含有し、前記開口を介して接続され、且つ、前記第1導体パターンの外縁領域において厚み方向にギャップを有して離隔していることを特徴とする平面コイル素子。 A non-magnetic insulating substrate having an opening;
A first conductor pattern for a planar coil provided on one surface of the insulating substrate;
A first magnetic layer covering the first conductor pattern;
A second magnetic layer provided on the other surface of the insulating substrate;
With
The first and second magnetic layers contain a magnetic material, are connected through the opening, and are separated from each other with a gap in the thickness direction in an outer edge region of the first conductor pattern. Planar coil element.
The planar coil element according to any one of claims 1 to 7, wherein the first and / or second magnetic layer includes ferrite as a magnetic material and is formed by a fine powder spraying method.
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