JP2014503118A - 平面コイルを備えるコイルアセンブリ - Google Patents

Abstract

第１の磁気コアプレート（３）におけるトレンチ（１０）に配置された複数の巻き（１５）を備える平面コイル（２）と、第２の磁気コアプレート（８）とを備えるコイルアセンブリ（１）であって、第１の磁気コアプレート（３）および第２の磁気コアプレート（８）は、互いに直接接触しているか、または、厚み（ｔ）が５０μｍ以下の電気絶縁絶縁体層（５）によって切離されており、それぞれのビアホール（１１）内のコイル（２）から第１の磁気コアプレート（３）を通ってそれぞれのコンタクトパッド（７）に至るまで少なくとも１つのタップ（６）が延在しており、コイル（２）およびタップ（６）は一体的に形成されている、コイルアセンブリである。

Description

発明の技術分野
本発明は、平面コイルまたは複数の平面コイルを有する表面実装可能なコイルアセンブリおよび変圧器、ならびにこれらの製造方法に関する。

発明の背景
例えば電力管理、信号調整および信号絶縁といった多くの用途では、コイルによって形成された高性能インダクタが必要である。平面コイルは、一般的には全てが（例えば平坦な螺旋の形で）同一の平面に位置しているか、または（例えば実質的に平行な平面の積層体に配置された複数の螺旋の形で）少数の平行な平面に位置している１巻きまたはそれ以上の巻きの導電性材料を備える。これらの巻きは、「タップ」と呼ばれるリード線によって外部に接続される。コイルの巻きと、タップと、コイルが作製される基板と、磁気コアとを備えるアセンブリは、コイルアセンブリと呼ばれる。平面コイルでは、アキシャルコイルと比較して高さが比較的低いという利点があり、その結果パッケージの高さが比較的低く、デバイス全体が小さい。

例えば宇宙での用途、産業用の用途、医療用途および家庭用の用途で用いられるＤＣ‐ＤＣコンバータ、変圧器、電機モータのためのコイルアセンブリを備えるさらに効果的かつコンパクトなインダクタを開発したいという継続的な要望がある。

好ましくは、平面コイルを備えるコイルアセンブリは、プリント回路基板（ＰＣＢ）上にさらなる電子デバイスを備えるシステムにこれらのコイルアセンブリを組み入れることの製造可能性を高めるために、ＰＣＢに表面実装可能になっている。電子デバイスが表面実装可能であるためには、デバイスの表面上にコンタクトパッドを備えている必要がある。そして、これらのコンタクトパッドは、ＰＣＢ上の接触領域と接触するはんだバンプを備えていてもよく、または上記コンタクトパッドは、ＰＣＢ上の接触領域上に存在するはんだバンプと接触させてもよい。

従来、少なくとも１つの平面コイルを備えるコイルアセンブリは、半導体基板または誘電体基板上にコイル導電性材料（例えば銅（Ｃｕ））を（例えば電気めっきによって）堆積させることによって作製される。その後、巻きパターンをレジストにパターニングし、コイル導電性材料をエッチングすることによって、平面コイルが形成される。一般にソフトフェライトからなる第１の磁気コアプレートで構成された磁気コアが基板の一方の面上に設けられ、やはり一般にソフトフェライトからなる第２の磁気コアプレートが基板の反対側の面上に取付けられる。第２のコアプレートは、基板に設けられた穴を通って下部プレートに至るまで延在している第２の磁気コアプレートからの突出部によって、第１の磁気コアプレートと接触するように配置される。コイルアセンブリのこの構成により、コイルの上方および下方の磁気コアプレートによって、ならびに、最外部の巻きの外周の外側のいかなる突出部および最内部の巻きの内側に位置決めされたいかなる突出部によっても、磁場が閉じ込められる。

磁束の閉じ込めをさらに増大させ、それによってインダクタンスを増大させるために、コイルの個々の巻き同士の間に磁気コアを配置させることも望ましいであろう。ＷＯ２０１０００１３３９Ａ２は、特別な裏面および表面遮蔽によってより高いインダクタンスを得る方法について教示している。ここでは、コイルはシリコン基板上に設けられる。コイルの上に軟磁性金属材料を堆積させ、この軟磁性金属材料はコイルの個々の巻き同士の間に延在する。シリコン基板の反対側にも軟磁性金属材料を堆積させる。基板にビアホールをエッチングし、これらのビアホールを軟磁性材料で充填することによって、それぞれの側の軟磁性金属材料を互いに結合するビアが形成され、それによって磁気閉じ込めをさらに増大させる。当該ビアはコイルと電気的に接触しない。

上記の出願においては、コイルアセンブリ全体の高さに対するコイルの巻きの高さの割合が比較的低い。なぜなら、コイルアセンブリ全体の高さが、磁気閉じ込めおよびインダクタンスに寄与しない非磁性シリコン基板の厚みを含むためである。コイルの接触については記載されておらず、タップがコイルの巻きと接触することが記載されているに過ぎない。

ＵＳ６８３１５４３は、電力損失が小さくかつインダクタンスが大きいと言われている、プリント基板の表面上に実装可能な平面コイルアセンブリについて教示している。これは、上部フェライト磁性膜と、下部フェライト磁性膜と、それらの間に置かれた平面コイルとを備える表面実装可能なコイルアセンブリであって、平面コイル端子部の上方の上部フェライト磁性膜に開口が形成され、当該開口を介してコイル端子部と導電する外部電極（本願のタップおよびコンタクトパッドに対応）が上部フェライト磁性膜上に形成される、コイルアセンブリを提供することによって達成される。外部電極は好ましくは、主にＮｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｕのうちの１つからなる導体ペーストまたはこれらの材料を含む合金粉末または主にＳｎからなるはんだペーストを熱処理によって処理することによって形成されることがさらに教示されている。また、プロセスの途中での汚染がコイル端子部から外部電極への導通を悪化させる可能性があり、これに付随して電圧降下が生じ、最悪のシナリオではデバイスが故障することも教示されている。これは、好ましくは外部電極を設ける前に酸によるライトエッチングまたは有機溶媒による洗浄を行なうことによって軽減できる。外部電極を形成した後、外部電極と接触する金属キャップが形成される。堆積される下部フェライト磁性膜の厚みは１００μｍに限定される。調査された１５０μｍの厚みの次のより厚い膜では、膜が剥離するため、この大きな厚みは平面コイルアセンブリでの使用には適していないことが分かる。上部フェライト磁性膜の記載の厚みは４０μｍである。

ＵＳ６０６０９７６は、一次平面コイルと、周辺に絶縁樹脂膜を有する導電膜から形成された二次平面コイルとを有する平面変圧器について教示している。一次平面コイルおよび二次平面コイルは、磁性体からなる第１の基板（本願の第１の磁気コアプレートに対応）の上面上に形成された嵌合溝に嵌合される。明らかに、基板の厚みが膜剥離などによって制限されることはない。嵌合溝は入口部と出口部とを有し、それらは両方とも第１の基板の側面に延びている。コイルは、数十μｍ程度の厚みを有する銅箔を組み入れた複数種類の樹脂膜の積層体を嵌合溝と類似の形状に穿孔することによって得られる。この後、当該積層体の側面が樹脂によってコーティングされるようにディッピングによって積層体を樹脂膜でコーティングし、次いで積層体を乾燥させる。次いで、コイルを嵌合溝に挿入して嵌合させる。二次平面コイルおよび一次平面コイルの端部は、嵌合溝の入口部および出口部に位置決めされる。コイルの端部では樹脂を除去させ、それによって導体が露出し、そこにリード線が接続される。ＵＳ６０６０９７６は、リード線がどのように接続されるか、または、これが表面実装可能なデバイスとして製造可能であるか否かについては教示していない。第１の基板の上面上には、磁性体からなる第２の基板（本願の第２の磁気コアプレートに対応）が取付けられ、当該第２の基板には、第１の基板に対向する面上に、好ましくは厚みが１〜５０μｍの間隙絶縁層が設けられている。

発明の概要
本発明の主な目的は、第１の磁気コアプレートにおけるトレンチに配置された複数の巻きを備える平面コイルまたは複数の平面コイルと、第２の磁気コアプレートとを有する表面実装可能なコイルアセンブリおよび変圧器であって、それによって第１の磁気コアプレートがコイルの個々の巻き同士の間に延在しており、第１の磁気コアプレートおよび第２の磁気コアプレートは、互いに直接接触しているか、または、厚みが５０μｍ以下の電気絶縁絶縁体層によって切離されており、異なるプロセスステップによってもたらされるコイル端子部とタップとの間に界面がない、表面実装可能なコイルアセンブリおよび変圧器を提供することである。このような界面はいずれもデバイスの劣化を引起す恐れがある。当該目的は、コイルおよびタップが一体的に形成されるようにそれらを同一のプロセスステップにおいて形成することによって達成される。本発明の好ましい実施例においては、コイルおよびタップと同一のプロセスステップにおいて少なくとも１つのコンタクトパッドも形成され、その結果タップはコイルおよびコンタクトパッドと一体的に形成される。本発明の好ましい実施例においては、第１の磁気コアプレートは、トレンチの深さよりも大きな、好ましくは１００μｍよりも厚く４０００μｍまでの範囲の厚みを有する。それによって、インダクタンスがさらに増大する。本発明の好ましい実施例においては、第２の磁気コアプレートは、５０μｍ〜４０００μｍの範囲の厚みを有する。

本発明の好ましい実施例においては、コイルの巻きの高さは、１００μｍよりも高く１１００μｍまでの範囲であり、好ましくは１５０μｍよりも高く１１００μｍまでの範囲であり、より好ましくは２００μｍよりも高く１１００μｍまでの範囲である。これにより、コイル抵抗および電力損失が減少し、高い電流密度のもとでの冷却が向上するというさらなる利点が提供される。

本発明の別の目的は、本発明に係るコイルアセンブリの製造方法を提供することである。当該方法は、平坦な螺旋として形成された少なくとも１つのトレンチと、少なくとも１つのビアホールとを有する第１の磁気コアプレートを設けるステップを備える。続いて、コイルを形成する材料をトレンチまたは複数のトレンチに堆積させ、タップまたは複数のタップを形成する材料をビアホールまたは複数のビアホールに堆積させ、その結果コイルおよび少なくとも１つのタップが一体的に形成され、そのため中間のライトエッチングステップまたは洗浄ステップおよび少なくとも１つのタップを形成する材料を堆積させるための第２のプロセスステップの必要性がなくなる。好ましくは、コイルおよび少なくとも１つのタップと同一のステップにおいて、少なくとも１つのタップに接続されたコンタクトパッドを形成する材料を堆積させ、その結果少なくとも１つのタップはそれぞれのコンタクトパッドとも一体的に形成される。当該方法は、磁気コア材料のいかなる堆積も必要とせず、それによって亀裂、剥離、層間剥離、およびより厚みのある磁性膜に必要な長い堆積時間が回避される。この方法は、コイルの巻きの高さを高くして巻き同士の間の間隔を小さくする可能性をさらに提供する。これは以下の理由で可能である。その理由とは、トレンチにコイル導電性材料を堆積させることは、従来の作製方法で用いられていた自立構造のリソグラフィ、エッチングおよび洗浄中に起こり得る構造の崩壊のリスクによってコイルの巻きの断面形状が制限されることがないことを意味するというものである。

本発明の実施例は従属請求項に規定される。本発明の他の目的、利点および新規の特徴は、以下の発明の詳細な説明から明らかになる。

ここで、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施例について説明する。
図面中の比は正確な縮尺に応じていない。それらの比は図面の読みやすさを促進するように適合されている。

本発明に係る平面コイルを有するコイルアセンブリの一実施例の概略側面図である。 第２の磁気コアプレートを除去した状態の本発明に係る平面コイルを有するコイルアセンブリの一実施例の概略平面図である。 第１の磁気コアプレートと第２の磁気コアプレートとの間のコイルの中央に空隙を有する、本発明に係る平面コイルを有するコイルアセンブリの別の実施例の概略側面図である。 第１の磁気コアプレートにおけるコイル部材と、第１の磁気コアプレートを通るタップと、第２の磁気コアプレートにおけるコイル部材と、第２の磁気コアプレートを通るタップとを有する、本発明に係る平面コイルを有するコイルアセンブリのさらに別の実施例の概略側面図である。 第１の磁気コアプレートにおけるコイル部材と、第１の磁気コアプレートを通るタップと、第２の磁気コアプレートにおけるコイル部材とを有する、本発明に係る平面コイルを有するコイルアセンブリのさらなる実施例の概略側面図である。 交互配置のパターンで平面コイルが第１の磁気コアプレートに位置している、本発明に係る平面コイルを有する変圧器の一実施例の概略側面図である。 交互配置のパターンで平面コイルが第１の磁気コアプレートに位置している、第２の磁気コアプレートを除去した状態の本発明に係る平面コイルを有する変圧器の一実施例の概略平面図である。 径方向に連続的なパターンで平面コイルが第１の磁気コアプレートに位置している、本発明に係る平面コイルを有する変圧器の別の実施例の概略側面図である。 平面コイルが、第１の磁気コアプレートを通るタップに接続された第１の磁気コアプレートに位置し、別の平面コイルが、第２の磁気コアプレートを通るタップに接続された第２の磁気コアプレートに位置している、本発明に係る平面コイルを有する変圧器のさらに別の実施例の概略側面図である。 平面コイルが、第１の磁気コアプレートを通るタップに接続された第１の磁気コアプレートに位置し、別の平面コイルが、第１の磁気コアプレートを通るタップに接続された第２の磁気コアプレートに位置している、本発明に係る平面コイルを有する変圧器のさらなる実施例の概略側面図である。 本発明に係るコイルアセンブリの製造の際のさまざまな段階における概略側面図である。 本発明に係るコイルアセンブリにおけるトレンチの代替的な形状の概略側面図である。 本発明に係るコイルアセンブリにおけるビアホールのさまざまな形状の概略側面図である。

実施例の詳細な説明
いくつかの図面において同一の参照番号が含まれている場合、それは同一種類の特徴を示す。図１は、本発明に係るコイルアセンブリ１の側面図であり、当該コイルアセンブリ１は、例えばチタン（Ｔｉ）および銅（Ｃｕ）またはタングステンチタン（ＴｉＷ）および銅（Ｃｕ）からなるシード層１２上に堆積させたコイル導電性材料４、好ましくは銅（Ｃｕ）、例えばＣｕからなる平面コイル２を備え、当該平面コイル２は、第１の磁気コアプレート３におけるトレンチ１０に位置する少なくとも１巻き１５を備える。トレンチ１０は、コイル２の形状に形成される。トレンチ１０は、好ましくは１００μｍ〜１０００μｍの範囲の深さＨを有する。トレンチ１０の巻き１５の幅Ｗは、好ましくは５０μｍ〜１０００μｍの範囲であり、より好ましくは２００μｍ〜８００μｍの範囲である。トレンチ１０の２つの隣接する巻き１５の２つの隣接する端縁間の間隔Ｓは、好ましくは５０μｍ〜１０００μｍの範囲である。トレンチ１０の深さＨに対するトレンチ１０の各巻き１５の幅Ｗの比率は、好ましくは１：１．２〜１：２０であり、より好ましくは１：２〜１：５である。コイル２の高さｈに対するコイル２の各巻き１５の幅ｗの比率も、好ましくは１：１．２〜１：２０であり、より好ましくは１：２〜１：５である。第１の磁気コアプレート３は、好ましくは１００μｍよりも厚く４０００μｍまでの範囲の、トレンチ１０の深さＨよりも大きな厚みＴ１を有する。トレンチ１０の巻き１５の断面形状は長方形に限定されず、Ｖ字形、Ｕ字形、半円、または丸みを帯びた角を有する形状などのその他の形状を有していてもよい。コイル２の巻き１５の断面形状は長方形に限定されず、Ｖ字形、Ｕ字形、半円、または丸みを帯びた角を有する形状などのその他の形状を有していてもよく、トレンチ１０の巻き１５の断面形状とは異なっていてもよい。トレンチ１０は、コイル導電性材料４で部分的に充填されてもよく、きっちりと充填されてもよく、または過充填されてもよい。コイル導電性材料４でトレンチ１０を過充填する場合、コイル２の巻き１５はマッシュルーム状の断面形状を得るであろう。コイル２の巻き１５のコイル導電性材料４の高さｈは、好ましくは１００μｍよりも高く１１００μｍまでの範囲であり、より好ましくは１５０μｍよりも高く１１００μｍまでの範囲であり、さらに好ましくは２００μｍよりも高く１１００μｍまでの範囲である。第１の磁気コアプレート３は、磁性材料、例えばソフトフェライトを含む。コイル２と第１の磁気コアプレート３との間には、例えば化学蒸着されたポリ（ｐ‐キシリレン）ポリマー（例えばパリレン（登録商標））からなる、厚みｔが好ましくは１μｍ〜５０μｍの範囲の薄い電気絶縁絶縁体層５が設けられ、コイル２から第１の磁気コアプレート３に流れる電流を回避する。本発明のこの実施例においては、絶縁体層５は、トレンチ１０が形成される第１の磁気コアプレート３の表面も覆う。しかし、その絶縁特性が不要な領域、例えば第１の磁気コアプレート３と第２の磁気コアプレート８（以下で説明）との間の接触領域、からこの絶縁体層を除去することも可能である。

コイル２と電気的に接触させるために、コイル導電性材料４と同一の材料からなる、コイル２と一体的に形成されたタップ６が、第１の磁気コアプレート３におけるそれぞれのビアホール１１内のコイル２からそれぞれのコンタクトパッド７に至るまで延在している。好ましくは、各々のそれぞれのコンタクトパッド７は、そのそれぞれのタップ６と一体的に形成され、その結果コイル導電性材料４と同一の材料からなっている。図１では、ビアホールの幅または半径はビアホール１１の全長にわたって同じである。しかし、他の形状も好ましく、この点についてはこの詳細な説明の中で後述する。タップ６から第１の磁気コアプレート３におよびコンタクトパッド７から第１の磁気コアプレート３に流れる電流を防ぐためにも絶縁体層５が配置される。第２の磁気コアプレート８は、トレンチ１０が形成される第１の磁気コアプレート３の面上に配置され、それによってコイル２が密閉される。本発明のこの実施例においては、絶縁体層５は、第２の磁気コアプレート８を支持する第１の磁気コアプレート３の表面の一部の上の第１の磁気コアプレート３上にとどまっている。代替的には、第２の磁気コアプレート８を支持する第１の磁気コアプレート３の表面の一部の上の第１の磁気コアプレート３上の絶縁体層５を除去することによって、第１の磁気コアプレート３と第２の磁気コアプレート８との直接的な接触が達成されてもよい。第２の磁気コアプレート８は、磁性材料、例えばソフトフェライトを含む。第２の磁気コアプレート８は、好ましくは５０μｍ〜４０００μｍの範囲の厚みＴ２を有する。第２の磁気コアプレート８は、コイル２およびタップ６がそれと接触することを防いで、最大飽和磁場を増大させるという利点を提供する空隙を残すように寸法決めされて配置された凹部９を有する。図２は、第２の磁気コアプレート８を除去した状態のコイルアセンブリ１の上面図である。図２は、３．５巻き１５を有する正方形螺旋コイル２を示しているが、コイル２は丸みを帯びた螺旋などの他の形状を有するように形成されてもよい。タップ６の位置が示されている。ここで、タップ６の側壁のうちの３つの側壁がコイル２の端部の側面と重なっている。トレンチ１０よりも幅の広いビアホール１１を設けることによってコイル２の端部よりも幅の広いタップ６を有することも可能である。好ましくは、ビアホール１１の端縁は、トレンチ１０の隣接する巻き１５との間隔の３分の２以上にわたって延在することはない。より好ましくは、ビアホール１１の端縁は、トレンチ１０の隣接する巻き１５との間隔の半分以上にわたって延在することはない。トレンチ１０のそれぞれの端部からある距離のところにビアホール１１を設けることも可能である。

図３は、第１の磁気コアプレート３０３と第２の磁気コアプレート３０８との間のコイルの中央に空隙３１３を備えた平面コイル３０２を有するコイルアセンブリ３０１の別の実施例を示す。これは、最大飽和磁場を増大させるという利点を提供する。中央の空隙はコイル上方の空隙を同一のものであってもよく、凹部３０９の中央に突出部３２９をもたない凹部３０９をもたらす。

図４は、第１の磁気コアプレート４０３における第１のコイル部材４１４と、第２の磁気コアプレート４０８における第２のコイル部材４１５とを有する、本発明に係る平面コイルを有するコイルアセンブリ４０１のさらに別の実施例を示す。第１のコイル部材４１４を第２のコイル部材４１５と接触させるために、第１のコイル部材４１４と接触するように第１の磁気コアプレート４０３上にはんだバンプ４１６（または他の種類の導電性構造、例えば導電性接着剤）が配置されている。はんだバンプ４１６は、第２のコイル部材４１５と接触する、第２の磁気コアプレート４０８上のコイルパッド４１７と接触するように位置決めされている。第１のタップ４３０は、第１のコンタクトパッド４３１に至るまで第１の磁気コアプレート４０３における第１のビアホール４３４内に延在しており、第２のタップ４３２は、第２のコンタクトパッド４３３に至るまで第２の磁気コアプレート４０８における第２のビアホール４３５内に延在している。この実施例においては、第１の磁気コアは凹部４２５を有し、第２の磁気コアは凹部４２６を有し、これらはともにコイル部材間に空隙を残す。例えば一方の磁気コアプレートのみに凹部を設けることによって空隙を形成するための他の構成も考えられる。

図５は、第１の磁気コアプレート５０３における第１のコイル部材５１４と、第２の磁気コアプレート５０８における第２のコイル部材５１５とを有する、本発明に係る平面コイルを有するコイルアセンブリ５０１のさらなる実施例を示す。第１のコイル部材５１４を第２のコイル部材５１５と接触させるために、第１のコイル部材５１４と接触するように第１の磁気コアプレート５０３上にはんだバンプ５１６が配置されている。はんだバンプ５１６は、第２のコイル部材５１５と接触する、第２の磁気コアプレート５０８上の同等数のコイルパッド５１７のうちの１つと接触するように位置決めされている。タップ５０６は、コンタクトパッド５０７に至るまで第１の磁気コアプレート５０３におけるビアホール５１８内に延在している。

図６および図７は、交互配置のパターンで第１のコイル６１８および第２のコイル６１９が第１の磁気コアプレート６０３に位置している、本発明に係る平面コイルを有する変圧器６２４の一実施例を示す。第１のコイル６１８は、第１のコイルコンタクトパッド６２１に至るまで第１の磁気コアプレート６０３における第１のコイルビアホール６２５内に延在する複数の第１のコイルタップ６２０に接続されており、第２のコイル６１９は、第２のコイルコンタクトパッド６２３に至るまで第１の磁気コアプレート６０３における第２のコイルビアホール６２６内に延在する複数の第２のコイルタップ６２２に接続されている。

図８は、最大直径Ｄ１を有する第１のコイル８１８と、Ｄ１よりも大きな最小直径Ｄ２を有する第２のコイル８１９とが、径方向に連続的なパターンで第１の磁気コアプレート８０３に位置している、本発明に係る平面コイルを有する変圧器８２４の別の実施例を示す。好ましくは、第１のコイル８１８は第２のコイル８１９と同心である。第１のコイル８１８は、第１のコイルコンタクトパッド８２１に至るまで第１の磁気コアプレート８０３における第１のコイルビアホール８２５内に延在する複数の第１のコイルタップ８２０に接続されており、第２のコイルは、第２のコイルコンタクトパッド８２３に至るまで第１の磁気コアプレート８０３における第２のコイルビアホール８２６内に延在する複数の第２のコイルタップ８２２に接続されている。

図９は、第１のコイル９１８が第１の磁気コアプレート９０３に位置し、第２のコイル９１９が第２の磁気コアプレート９０８に位置している、本発明に係る平面コイルを有する変圧器９２４のさらに別の実施例を示す。第１のコイル９１８は、第１のコイルコンタクトパッド９２１に至るまで第１の磁気コアプレート９０３における第１のコイルビアホール９２７内に延在する複数の第１のコイルタップ９２０に接続されている。第１の磁気コア９０３は凹部９２５を有し、第２の磁気コア９０８は凹部９２６を有する。例えば一方の磁気コアプレートのみに凹部を有する他の構成も考えられる。第２のコイル９１９は、第２のコイルコンタクトパッド９２３に至るまで第２の磁気コアプレート９０８における第２のコイルビアホール９２８内に延在する複数の第２のコイルタップ９２２に接続されている。

図１０は、第１のコイル１０１８が第１の磁気コアプレート１００３に位置し、第２のコイル１０１９が第２の磁気コアプレート１００８に位置している、本発明に係る平面コイルを有する変圧器１０２４のさらなる実施例を示す。第１のコイル１０１８は、第１のコイルコンタクトパッド１０２１に至るまで第１の磁気コアプレート１００３における第１のコイルビアホール１０２７内に延在する複数の第１のコイルタップ１０２０に接続されている。第２の磁気コアは凹部１０２６を有する。例えば両方の磁気コアプレートに凹部を有する他の構成も考えられる。第２のコイル１０１９は、第２のコイルコンタクトパッド１０２３に至るまで第１の磁気コアプレート１００３における第２のコイルビアホール１０２９内に延在する複数の第２のコイルタップ１０２２にはんだ１０２８を介して接続されている。

本発明に係るコイルアセンブリを形成する１つの方法は、以下のステップを備える。
・好ましくは厚みＴ１が２００μｍよりも厚く５０００μｍまでの第１の磁気コアプレート３を設けるステップ（図１１ａ参照）。

・例えばミリング、サンドブラスティング、水噴射によって、トレンチ１０を巻き１５パターンの形状で第１の磁気コアプレート３の側ｍ１に設け、トレンチ深さＨは好ましくは１００μｍ〜１０００μｍの範囲であり、トレンチ１０が存在する第１の磁気コアプレートの側ｍ１から第１の磁気コアプレート３を通って反対側ｍ２に至るまでビアホール１１を設けるステップ（図１１ｂ参照）。トレンチ１０の巻き１５は、好ましくは５０μｍ〜１０００μｍの範囲、より好ましくは２００μｍ〜８００μｍの範囲の幅Ｗを有し、トレンチ１０の巻き１５同士の間の間隔Ｓは、好ましくは５０μｍ〜１０００μｍの範囲である。トレンチ１０の深さＨに対するトレンチ１０の巻き１５の幅Ｗの比率は、好ましくは１：１．２〜１：２０であり、より好ましくは１：２〜１：５である。第１の磁気コアプレート３の厚みＴ１は、好ましくは１００μｍよりも厚く４０００μｍまでの範囲であり、トレンチ１０の深さＨよりも厚い。

・少なくともトレンチ１０の底部、トレンチ１０の側壁のかなりの部分および各ビアホール１１の側壁を覆う絶縁体層５を設けるステップ。好ましくは、図１１ｃに示されるように、例えばポリ（ｐ−キシリレン）ポリマー（例えばパリレン（登録商標））の化学蒸着を用いて、全表面上に共形的に絶縁体層を堆積させる。絶縁体層５の厚みｔは、好ましくは１μｍ〜５０μｍの範囲である。

・例えばトレンチ１０が存在する第１の磁気コアプレート３の側ｍ１上および第１の磁気コアプレート３の反対側ｍ２上に堆積させることによって、シード層１２を設けるステップ（図１１ｄ参照）。次いで、トレンチ１０が存在する第１の磁気コアプレートの側ｍ１をリソグラフィおよびエッチングによってパターニングし、トレンチ１０およびビアホール１１に金属層を残す。第１の磁気コアプレート３の反対側ｍ２上では、シード層１２がとどまったままである。代替的には、トレンチ１０が存在する第１の磁気コアプレート３の側ｍ１において、トレンチ１０の底部およびビアホール１１のみに金属を堆積させるシャドーマスク構造による選択的な上面堆積が用いられてもよい。シード層１２は、好ましくはＴｉ−Ｃｕ、ＴｉＷ−Ｃｕを含むが、他の種類の金属であってもよい。シード層１２の全厚みは、好ましくは１００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲である。

・例えばドライラミネーションによって、好ましくは非共形的な層の状態でフォトレジストを任意に設け（図示せず）、リソグラフィを行なうことによって、トレンチ領域においてレジストを除去するステップ。

・電気めっきによってコイル導電性材料４、例えば銅（Ｃｕ）を設け、同一のプロセス段階においてトレンチ１０およびビアホール１１を充填するステップ（図１１ｅ参照）。コイル２の巻きのコイル導電性材料４の高さｈは、好ましくは１００μｍよりも高く１１００μｍまでの範囲であり、より好ましくは１５０μｍよりも高く１１００μｍまでの範囲であり、さらに好ましくは２００μｍよりも高く１１００μｍまでの範囲である。

・コイル２を有する側とは反対側の第１の磁気コアプレートの側にコンタクトパッド７を設けるステップ（図１１ｆ参照）。代替的には、トレンチ１０およびビアホール１１の充填がなされる時と同一のプロセス段階において、１つ以上のコンタクトパッド７を設けることができる。

・好ましくは厚みＴ２が５０μｍ〜４０００μｍの範囲の第２の磁気コアプレート８を設けるステップ。

・第２の磁気コアプレートに凹部９を設けるステップ（図１１ｇ参照）。
・例えば糊付け、機械的クランプまたははんだ付けを用いて、第１の磁気コアプレート３上に第２の磁気コアプレート８を取付けるステップ。

図１２ａ〜図１２ｆは、本発明に係る第１の磁気コアプレート３または第２の磁気コアプレート８におけるトレンチ１０のさまざまな断面形状の例を示す。図１２ａは、長方形の断面を有するトレンチ１０を示す。図１２ｂは、丸みを帯びた底部ｂ１とわずかに傾斜した上部側壁ｓ１とを有するトレンチ１０を示す。図１２ｃは、上部側壁ｓ３よりも急傾斜ではない下部側壁ｓ２を有するＶ字形のトレンチ１０を示す。図１２ｄは、Ｖ字形の底部ｂ２と垂直な上部側壁ｓ４とを有するトレンチ１０を示す。図１２ｅは、傾きが各側壁ｓ５に沿って同じであるＶ字形のトレンチ１０を示す。図１２ｆは、平坦な底部ｂ３と傾斜した側壁ｓ６とを有するトレンチ１０を示す。図１２ｂに示されるようなトレンチの丸みを帯びた形状は磁場集中を減少させることに有利であり得る一方、Ｖ字形溝形状はＣｕ電気めっきトレンチ充填に有利である。

図１３ａ〜図１３ｅは、本発明に係るビアホール１１のさまざまな形状の例を示す。ビアホール１１は、例えばトレンチ１０と第１の磁気コアプレート３の反対側ｍ２との間に延在しているビアホール１１の長さに対して垂直な平面において長方形の断面、楕円形の断面または円形の断面を有していてもよく、断面形状および寸法はビアホール１１の全長にわたって同じである（図１３ａ参照）。代替的には、断面形状および寸法（長方形の断面の場合には側面のうちのいずれかの幅、または楕円形もしくは円形の断面の場合には半径など）は、ビアホール１１の長さにわたって変化していてもよい。そして、ビアホール１１は、シード層とともに堆積させることがより容易である傾斜した側壁を有する。傾斜した側壁により、電気めっき中に隙間のないビアホールの充填を行なうことがより容易になる。傾斜した側壁では、ビアホールは、トレンチ１０が存在する第１の磁気コアプレート３の側ｍ１に向かって幅が広くなっていてもよく（図１３ｂ参照）、または第１の磁気コアプレート３の反対側ｍ２に向かって幅が広くなっていてもよく（図１３ｃ参照）、これらの場合のビアホールは、それによって例えば角錐台または円錐台の形状をとる。また、側壁の傾きはビアホール１１の長さに沿って異なり得る。そして、側壁は、トレンチ１０が存在する第１の磁気コアプレート３の側ｍ１と第１の磁気コアプレート３の反対側ｍ２との間に延在しているビアホール１１の長さに沿って、丸みを帯びた傾斜、またはさまざまな傾きのより特異的なセクションを有し得る。傾きは垂線に対して方向を変化させることさえあり得て、それによって狭窄部がビアホール１１に形成される。図１３ｄは、上部側壁ｓ７が第１の磁気コアプレート３の内部に向かって狭くなることによって、ビアホール１１の内部よりも、トレンチ１０が存在する第１の磁気コアプレート３の側ｍ１に向かってビアホール１１の幅が広くなり、下部側壁ｓ８が第１の磁気コアプレート３の内部に向かって狭くなることによって、ビアホール１１の内部よりも、第１の磁気コアプレート３の反対側ｍ２に向かってビアホールの幅が広くなる例を示す。上部側壁ｓ７と下部側壁ｓ８とが出会う位置に狭窄部ｃ１が形成されている。この構成により、タップを機械的に支持するというさらなる利点が得られ、デバイスのロバスト性および信頼性が向上する。この構成の特別な対称形の例が図１３ｅに示されており、この例では、第１の磁気コアプレート３の中央に狭窄部ｃ２が位置し、それぞれの上部側壁ｓ９およびそれぞれの下部側壁ｓ１０が互いに鏡面状態にある。他の構成では、ビアホール１１の長さの一部にわたって狭窄部が延在していてもよく、この狭窄部はそれによって例えば円筒形状または平行六面体形状をとる。この段落に記載するビアホール１１のさまざまな形状の例は、当然のことながら、第２の磁気コアプレート８を通るビアホールにも適用可能である。

本発明は、複数の巻き１５を備える平面コイル２が配置されたトレンチ１０を備える磁気コアプレートであって、それぞれのビアホール１１内の上記コイル２から上記磁気コアプレート３を通ってそれぞれのコンタクトパッド７に至るまで少なくとも１つのタップ６が延在しており、コイル２およびタップ６は一体的に形成されている、磁気コアプレートにも関する。このような磁気コアプレートは、タップと一体的に形成されたコンタクトパッドも含んでいてもよい。

本発明は、示される実施例に限定することを意図したものではなく、添付の特許請求の範囲内に包含される全ての実施例を含むことを意図している。

Claims (24)

1. 第１の磁気コアプレート（３）におけるトレンチ（１０）に配置された複数の巻き（１５）を備える平面コイル（２）と、第２の磁気コアプレート（８）とを備える表面実装可能なコイルアセンブリ（１）であって、前記第１の磁気コアプレート（３）および第２の磁気コアプレート（８）は、互いに直接接触しているか、または、厚み（ｔ）が５０μｍ以下の電気絶縁絶縁体層（５）によって切離されており、それぞれのビアホール（１１）内の前記コイル（２）から前記第１の磁気コアプレート（３）を通ってそれぞれのコンタクトパッド（７）に至るまで少なくとも１つのタップ（６）が延在しており、前記コイル（２）および前記タップ（６）は一体的に形成されていることを特徴とする、コイルアセンブリ。
2. 前記少なくとも１つのタップ（６）は、そのそれぞれのコンタクトパッド（７）と一体的に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のコイルアセンブリ。
3. 前記コイル（２）の巻き（１５）の高さ（ｈ）は、１００μｍより高く１１００μｍまでの範囲であることを特徴とする、請求項１または２に記載のコイルアセンブリ。
4. 前記コイル（２）の巻き（１５）の高さ（ｈ）は、１５０μｍより高く１１００μｍまでの範囲であることを特徴とする、請求項１または２に記載のコイルアセンブリ。
5. 前記コイル（２）の巻き（１５）の高さ（ｈ）は、２００μｍより高く１１００μｍまでの範囲であることを特徴とする、請求項１または２に記載のコイルアセンブリ。
6. 前記トレンチ（１０）の前記巻き（１５）の幅（Ｗ）は、５０μｍ〜１０００μｍの範囲であることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載のコイルアセンブリ。
7. 前記トレンチ（１０）の前記巻き（１５）の幅（Ｗ）は、２００μｍ〜８００μｍの範囲であることを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載のコイルアセンブリ。
8. 前記トレンチ（１０）の前記巻き（１５）同士の間の間隔（Ｓ）は、５０μｍ〜１０００μｍの範囲であることを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載のコイルアセンブリ。
9. 前記第１の磁気コアプレート（３）の厚み（Ｔ１）は、１００μｍより厚く４０００μｍまでの範囲であって、前記トレンチ（１０）の深さ（Ｈ）よりも大きいことを特徴とする、請求項１から８のいずれか１項に記載のコイルアセンブリ。
10. 前記コイル（２）は、少なくとも２巻きを含む第１のコイル部材（４１４，５１４）と、少なくとも２巻きを含む第２のコイル部材（４１５，５１５）とを備え、第２の磁気コアプレート（４０８，５０８）は、前記第２のコイル部材（４１５，５１５）の前記巻き同士の間に延在しており、前記第２のコイル部材（４１５，５１５）は、間に前記第１の磁気コアプレート（３）が延在している第１のコイル部材（４１４，５１４）の前記巻きに電気的に接続されることを特徴とする、請求項１から９のいずれか１項に記載のコイルアセンブリ。
11. 少なくとも前記第１の磁気コアプレート（３）または前記第２の磁気コアプレート（８）は、前記コイル（２）に対してスペースをもたらす凹部を有することを特徴とする、請求項１から１０のいずれか１項に記載のコイルアセンブリ。
12. 前記第１の磁気コアプレート（３０３）と前記第２の磁気コアプレート（３０８）との間の前記平面コイル（３０２）の中央に空隙（３１３）が存在することを特徴とする、請求項１から１１のいずれか１項に記載のコイルアセンブリ。
13. 前記それぞれのビアホール（１１）は、前記トレンチ（１０）が存在する前記第１の磁気コアプレート（３）の側（ｍ１）から前記第１の磁気コアプレート（３）の反対側（ｍ２）まで前記ビアホール（１１）の長さにわたってさまざまな断面を有することを特徴とする、請求項１から１２のいずれか１項に記載のコイルアセンブリ。
14. 前記それぞれのビアホール（１１）は、前記トレンチ（１０）が存在する前記第１の磁気コアプレート（３）の側（ｍ１）に向かって、および、前記第１の磁気コアプレート（３）の反対側（ｍ２）に向かって、前記ビアホールの内部よりも幅が広いことを特徴とする、請求項１から１３のいずれか１項に記載のコイルアセンブリ。
15. 前記トレンチ（１０）は、傾斜した側壁を有することを特徴とする、請求項１から１４のいずれか１項に記載のコイルアセンブリ。
16. 複数の巻き（１５）を備える平面コイル（２）が配置されたトレンチ（１０）を備える磁気コアプレートであって、それぞれのビアホール（１１）内の前記コイル（２）から前記磁気コアプレート（３）を通ってそれぞれのコンタクトパッド（７）に至るまで少なくとも１つのタップ（６）が延在しており、前記コイル（２）および前記タップ（６）は一体的に形成されていることを特徴とする、磁気コアプレート。
17. 請求項１から１６のいずれか１項に記載の少なくとも１つのコイルアセンブリを備えることを特徴とする、変圧器。
18. 前記第１の磁気コアプレート（６０３，８０３）に２つの平面コイル（６１８，８１８，６１９，８１９）を備えることを特徴とする、請求項１７に記載の変圧器。
19. 前記平面コイル（６１８，６１９）は、交互配置のパターンで配置されることを特徴とする、請求項１８に記載の変圧器。
20. 前記平面コイル（８１８，８１９）は、径方向に連続的なパターンで配置されることを特徴とする、請求項１８に記載の変圧器。
21. 前記第１の磁気コアプレート（９０３，１００３）は第１の平面コイル（９１８，１０１８）を備え、前記第２の磁気コアプレート（９０８，１００８）は第２の平面コイル（９１９，１０１９）を備えることを特徴とする、請求項１７に記載の変圧器。
22. 請求項１から２１のいずれか１項に記載のデバイスの製造方法であって、
    ・好ましくは厚み（Ｔ１）が２００μｍより厚く５０００μｍまでの第１の磁気コアプレート（３）を設けるステップと、
    ・例えばミリング、サンドブラスティング、水噴射によって、トレンチ（１０）を巻き（１５）パターンの形状で前記第１の磁気コアプレート（３）に設け、トレンチ深さ（Ｈ）は好ましくは１００μｍ〜１０００μｍの範囲であり、トレンチ（１０）の巻き（１５）の幅（Ｗ）は好ましくは５０μｍ〜１０００μｍの範囲であり、より好ましくは２００μｍ〜８００μｍの範囲であり、トレンチ（１０）の巻き（１５）同士の間の間隔（Ｓ）は好ましくは５０μｍ〜１０００μｍの範囲であり、前記第１の磁気コアプレート（３）を貫通するビアホール（１１）を設けるステップとを備え、前記トレンチ（１０）の深さ（Ｈ）に対する前記トレンチ（１０）の前記巻き（１５）の幅（Ｗ）の比率は、１：１．２〜１：２０であり、より好ましくは１：２〜１：５であり、前記第１の磁気コアプレート（３）の厚み（Ｔ１）は、好ましくは１００μｍより厚く４０００μｍまでの範囲であり、前記トレンチ（１０）の深さ（Ｈ）よりも厚く、前記方法はさらに、
    ・少なくともトレンチ（１０）の底部、前記トレンチ（１０）の側壁のかなりの部分および各ビアホール（１１）の側壁を覆う絶縁体層（５）を設けるステップを備え、好ましくは、前記絶縁体層（５）は、例えばポリ（ｐ−キシリレン）ポリマー（例えばパリレン（登録商標））の化学蒸着を用いて全表面上に共形的に堆積され、前記絶縁体層（５）の好ましい厚み（ｔ）は、１μｍ〜５０μｍの範囲であり、前記方法はさらに、
    ・好ましくはＴｉ−Ｃｕ、ＴｉＷ−Ｃｕからなっているが他の種類の金属であってもよく、全厚みが好ましくは１００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲のシード層（１２）を前記トレンチに設けるステップと、
    ・電気めっきによってコイル導電性材料（４）、好ましくはＣｕを設けて、同一の段階において前記トレンチ（１０）および前記ビアホール（１１）を充填するステップとを備え、前記コイル（２）の前記巻きのコイル導電性材料（４）の高さ（ｈ）は、好ましくは１００μｍより高く１１００μｍまでの範囲であり、より好ましくは１５０μｍより高く１１００μｍまでの範囲であり、さらに好ましくは２００μｍより高く１１００μｍまでの範囲であり、前記方法はさらに、
    ・厚み（Ｔ２）が好ましくは５０μｍ〜４０００μｍの範囲の第２の磁気コアプレート（８）を設けるステップと、
    ・前記第２の磁気コアプレートに凹部（９）を設けるステップと、
    ・例えば糊付け、機械的クランプまたははんだ付けを用いて、前記第１の磁気コアプレート（３）上に前記第２の磁気コアプレート（８）を取付けるステップとを備える、方法。
23. コイル導電性材料（４）は、前記トレンチ（１０）が存在する前記第１の磁気コアプレート（３）の側（ｍ１）とは反対側にある前記第１の磁気コアプレート（３）の側（ｍ２）上にも設けられることを特徴とする、請求項２２に記載の方法。
24. 前記シード層（１２）は、シャドーマスクを介して堆積されることを特徴とする、請求項２２または２３に記載の方法。

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