JP2014504009A - 集積化したギャップを有する薄膜インダクタ - Google Patents

Abstract

１つの実施形態に従った薄膜インダクタは、１以上のアームと、各アームを通る１以上の導体と、１以上のアームのうちの第１のアームにおける１以上の導体を部分的に包み込む第１の強磁性ヨークとを含む。第１の強磁性ヨークは、磁性上側セクションと、磁性下側セクションと、１以上のアームのうちの第１のアームにおける１以上の導体の両側に位置するビア領域とを備える。磁性上側セクションと磁性下側セクションとは、ビア領域の低磁気抵抗経路を通じて結合される。薄膜インダクタは更に、少なくとも１つのビア領域における上側セクションと下側セクションとの間の１以上の非磁性ギャップを含む。更なるシステムおよび方法も提供される。

Description

本発明は強磁性インダクタに関するものであり、より特定的には、本発明は電力変換のための薄膜強磁性インダクタに関する。

誘電性電力変換器をシリコン上で一体化（集積化）することは、電子デバイスの費用、重量、および寸法を低減するための１つの方法である。完全に集積化された「オン・シリコン」の電力変換器（power converter）を開発する際の主な目標は、高品質の薄膜インダクタを開発することである。実現性を考慮した場合、インダクタは、単位エリアに関して、高いＱ、大きいインダクタンス、および大きいエネルギ貯蔵量を有するべきである。

１つの実施形態に従った薄膜インダクタは、
１以上のアームと、
各アームを通る１以上の導体（コンダクタ）と、
１以上のアームのうちの第１のアームにおける１以上の導体を部分的に包み込む第１の強磁性ヨークであって、磁性上側セクションと、磁性下側セクションと、１以上のアームのうちの第１のアームにおける１以上の導体の両側に位置するビア（via）領域とを備え、磁性上側セクションと磁性下側セクションとが、ビア領域の低磁気抵抗経路（low reluctance path）を通じて結合されるものである、第１の強磁性ヨークと、
少なくとも１つのビア領域における上側セクションと下側セクションとの間の１以上の非磁性ギャップと
を含む。

１つの実施形態に従ったシステムは、電子デバイスと、薄膜インダクタを含む電源とを含む。薄膜インダクタは、
少なくとも２つのアームと、
各アームを通る１以上の導体と、
少なくとも２つのアームのうちの第１のアームにおける１以上の導体を部分的に包み込む第１の強磁性ヨークであって、磁性上側セクションと、磁性下側セクションと、１以上のアームのうちの第１のアームにおける１以上の導体の両側に位置するビア領域とを備え、磁性上側セクションと磁性下側セクションとが、ビア領域の第１の低磁気抵抗経路を通じて結合されるものである、第１の強磁性ヨークと、
第１のアームの少なくとも１つのビア領域における上側セクションと下側セクションとの間の１以上の非磁性ギャップと、
少なくとも２つのアームのうちの第２のアームにおける１以上の導体を部分的に包み込む第２の強磁性ヨークであって、磁性上側セクションと、磁性下側セクションと、１以上のアームのうちの第２のアームにおける１以上の導体の両側に位置するビア領域とを備え、磁性上側セクションと磁性下側セクションとが、ビア領域の第２の低磁気抵抗経路を通じて結合されるものである、第２の強磁性ヨークと、
第２のアームの少なくとも１つのビア領域における上側セクションと下側セクションとの間の１以上の非磁性ギャップと
を含む。

１つの実施形態に従った薄膜インダクタを作成する方法は、
２つのヨークの下側セクションを形成するステップと、
２つの下側セクションのうちのそれぞれの下側セクションの少なくとも一部の上に、電気的絶縁材料の第１の層を形成するステップと、
それぞれの下側セクションの上を通る１以上の導体を形成するステップと、
１以上の導体の上に、電気的絶縁材料の第２の層を形成するステップと、
ヨークの上側セクションを形成するステップであって、１以上の非磁性ギャップが１以上のビア領域に存在し、ビア領域は、それぞれのヨークの上側セクションと下側セクションとの間の１以上の導体のそれぞれの側に位置するものである、ステップと
を含む。

本発明の実施形態の他の特徴は以下の詳細な説明から明らかとなる。詳細な説明は、図面と関連して本発明の原理を例示的に示すものである。

図１は、１つの実施形態に従った薄膜インダクタの斜視図である。 図２は、１つの実施形態に従った薄膜インダクタの断面図である。 図３は、１つの実施形態に従った薄膜インダクタの断面図である。 図４は、１つの実施形態に従った薄膜インダクタの断面図である。 図５は、１つの実施形態に従った薄膜インダクタの断面図である。 図６Ａは、１つの実施形態に従った薄膜インダクタの断面図である。 図６Ｂは、１つの実施形態に従った薄膜インダクタの断面図である。 図７は、１つの実施形態に従った薄膜インダクタの断面図である。 図８は、１つの実施形態に従った薄膜インダクタの断面図である。 図９は、１つの実施形態に従った方法のフローチャートである。 図１０は、１つの実施形態に従った方法のフローチャートである。 図１１は、図は、１つの実施形態に従ったシステムの簡素化した図である。 図１２は、図は、１つの実施形態に従ったシステムの簡素化した回路図である。

以下の説明は、本発明の原理を概略的に示す目的でなされたものであり、特許請求の範囲に記載された本発明の概念を限定することを意図していない。更に、ここで説明する特定の構成は、他の説明される構成との様々な可能な組み合わせや、様々な可能な順列で、使用することができる。

特定的に定義されないかぎり、全ての用語に対して最も広い解釈が適用され、その解釈には、明細書で暗示される意味や、当業者に理解される意味や、辞書や論文で定義された意味などが含まれる。

また、明細書や特許請求の範囲において単数形（英文における「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」）を用いて示されているものは、特定的に示されないかぎり複数であり得ることに留意されたい。

図面では、様々な図面を通じて、同様のエレメントには共通の番号を付している。

以下の説明は、薄膜インダクタ構造の幾つかの好適な実施形態を開示するものであり、薄膜インダクタは、導体を挟む磁性上側セクションと磁性下側セクションとを備える強磁性ヨークを有する。導体の両側にはビア領域があり、このビア領域において、磁性上側セクションと磁性下側セクションとが低磁気抵抗経路を通じて結合される。ビア領域のうちの１以上のビア領域は、非磁性ギャップを有する。非磁性ギャップは、エネルギを貯蔵し、強磁性ヨークを飽和させる電流を増加させるように機能する。その結果としてインダクタは、より多くのエネルギを単位エリアに貯蔵する。

１つの一般的な実施形態では、薄膜インダクタは、
１以上のアームと、
各アームを通る１以上の導体と、
１以上のアームのうちの第１のアームにおける１以上の導体を部分的に包み込む第１の強磁性ヨークであって、磁性上側セクションと、磁性下側セクションと、１以上のアームのうちの第１のアームにおける１以上の導体の両側に位置するビア領域とを備え、磁性上側セクションと磁性下側セクションとが、ビア領域の低磁気抵抗経路を通じて結合されるものである、第１の強磁性ヨークと、
少なくとも１つのビア領域における上側セクションと下側セクションとの間の１以上の非磁性ギャップと
を含む。

別の一般的な実施形態では、システムは、電子デバイスと、薄膜インダクタを含む電源とを含む。薄膜インダクタは、
少なくとも２つのアームと、
各アームを通る１以上の導体と、
少なくとも２つのアームのうちの第１のアームにおける１以上の導体を部分的に包み込む第１の強磁性ヨークであって、磁性上側セクションと、磁性下側セクションと、１以上の導体の両側に位置するビア領域とを備え、磁性上側セクションと磁性下側セクションとが第１の低磁気抵抗経路を通じて結合されるものである、第１の強磁性ヨークと、
第１のアームの上側セクションと下側セクションとの間の１以上の非磁性ギャップと、
を含む。第２の強磁性ヨークは、少なくとも２つのアームのうちの第２のアームにおける１以上の導体を部分的に包み込み、第２の強磁性ヨークは、
磁性上側セクションと、
磁性下側セクションと、
１以上の導体の両側に位置するビア領域と
を備え、磁性上側セクションと磁性下側セクションとが第２の低磁気抵抗経路を通じて結合される。第２の強磁性ヨークは更に、第２のアームの上側セクションと下側セクションとの間の１以上の非磁性ギャップを含む。

更に別の実施形態では、薄膜インダクタを作成する方法は、
２つのヨークの下側セクションを形成するステップと、
２つの下側セクションのうちのそれぞれの下側セクションの少なくとも一部の上に、電気的絶縁材料の第１の層を形成するステップと、
それぞれの下側セクションの上を通る１以上の導体を形成するステップと、
１以上の導体の上に、電気的絶縁材料の第２の層を形成するステップと、
ヨークの上側セクションを形成するステップであって、１以上の非磁性ギャップが１以上のビア領域に存在し、ビア領域は、それぞれのヨークの上側セクションと下側セクションとの間の１以上の導体のそれぞれの側に位置するものである、ステップと
を含む。

効率的に電力を変換するために、インダクタは低損失である必要がある。更に、薄膜インダクタは、シリコン上の制限された空間に適合するように、単位エリアあたりに大量のエネルギを貯蔵する必要がある。強磁性材料は、インダクタが、所与の電流に対して、より多くのエネルギを貯蔵することを可能にする。強磁性材料の別の利点は、損失を低減することである。インダクタにおいて損失をもたらす主な機構の１つは、導体の抵抗に起因するものである。この損失は、電流の２乗に比例する。強磁性材料を使用することにより、所与の量のエネルギを貯蔵するために必要な電流を低減でき、従って、損失を低減できる。

しかし、強磁性材料は、幾つかの不利益ももたらす。強磁性材料のフィールドの強度は、飽和により制限される。従って、ヨークの飽和は、最大電流と、インダクタの貯蔵可能な最大エネルギとを制限する。更に、磁性材料を高周波数で動作させると、渦電流およびヒステリシスにより損失が生じる。これらの損失は、インダクタを非常に高い周波数で動作させた場合には、現実のものとなり得る。

磁性材料に小さいギャップ（１または複数）を配することにより、磁性材料の幾つかの制限を排除することができる。ギャップは、エネルギを貯蔵し、磁性ヨークのフィールドを低減するように働く。これは、デバイスの寸法に影響を及ぼすこと無しに、飽和電流を増加させ、デバイスのエネルギ貯蔵量を増加させる。更に、追加的なエネルギが、エア・ギャップに貯蔵され、エア・ギャップは磁気的損失を全く生じさせない。磁性コアの損失が高い場合、これは、システムの総合的損失を低減し、Ｑを増加させることができる。

１つの実施形態では、インダクタ構造は複数のアームを有し、１以上の電気的導体のそれぞれが、それぞれのアームを通るように１回以上巻かれている。それぞれのアームは、１以上のギャップを含む強磁性ヨークにより囲まれる。

ギャップは、フラックスがヨークを通る方向に対して垂直に配される。ギャップは、エネルギを貯蔵し、インダクタを飽和させるために必要な電流を増加させるように働く。従って、ギャップにより、インダクタは、ギャップが無い場合よりも多くのエネルギを単位エリアあたりに貯蔵することを、可能とされる。

図１を参照すると、薄膜インダクタ１００が示されており、薄膜インダクタ１００は、２つのアーム１０２、１０４と、各アームを通る導体１０６とを有する。この例の場合、導体は、渦巻き形状に数回巻かれているが、他の構成では、巻き数を１回とすることもできる。更に別の構成では、複数の導体用い、それぞれの導体が１回以上巻かれるようにすることもできる。

第１の強磁性ヨーク１０８は、第１のアーム１０２の１以上の導体を部分的に囲い込む。第１の強磁性ヨークは、磁性上側セクション１１０と磁性下側セクション１１２とを含む。導体１０６の両側にはビア領域１１３、１１５があり、磁性上側セクション１１０と磁性下側セクション１１２とは、低磁気抵抗経路を通じて結合される。ビア領域のうちの１以上のビア領域は、非磁性ギャップも有する。この実施形態では、低磁気抵抗経路は、ビア領域の上側セクション極と下側セクション極との間の分離を最小化することにより、作られる。幾つかの例示的なギャップ構成を以下で示す。

第２の強磁性ヨーク１１４は、第２のアーム１０４の１以上の導体を部分的に囲い込む。第２の強磁性ヨークは、磁性上側セクション１１６と磁性下側セクション１１８とを含み、磁性下側セクション１１８は、第２の強磁性ヨークの磁性上側セクションと磁気的に結合される。また、第２の強磁性ヨークは、上側セクションと磁性下側セクションとが低磁気抵抗経路を通じて結合されている１以上のビア領域１１７、１１９において、上側セクションと下側セクションとの間に１以上の非磁性ギャップを有する。

図２は、１つの特定のギャップ構成を有する薄膜インダクタ１００の断面を示す。インダクタ２００は２つの強磁性ヨークを有し、それぞれのヨークは、内部ビア領域１１５、１１９に１つの非磁性ギャップ２０２を有する。図に示されるように、幾つかの構成では、それぞれの強磁性ヨークの非磁性ギャップは、薄膜インダクタの内部に位置する。言い換えると、ギャップは、互いに向かい合っている、または薄膜インダクタの中央に向けて配置されている。この構成は、ギャップの周りのフリンジ電界（fringing field）を、近くのコンポーネントとの干渉を起こし得るような外側ビア領域１１３、１１７の外側周辺部に向けてではなく、インダクタの中央に近いところで維持することが望まれる場合に、好適である。

図２続けて参照すると、コイルは、電気的絶縁材料の層２０４により、それぞれのヨークの下側セクションから分離されている。電気的絶縁材料は、この実施形態および他の実施形態では、１以上の非磁性ギャップを形成する。好適には、電気的絶縁材料の層は、単層デポジション（single layer deposition）により作成されることによる物理的および構造的な特徴を有する。例えば、電気的絶縁材料は、複数のデポジション・プロセスを行った場合の特徴である遷移や界面の無い構造を有し、層は、変化部分や界面の無い単一の連続的な層である。そのような層は、単一のデポジション・プロセスにより形成できる、そのようなプロセスには、例えば、スパッタリング、スピンコーティングなどがあり、所望される厚さや、それよりも厚みのある厚さ（その後、その厚さは、エッチングやミリングなどのようなサブトラクティブ法を用いて低減される）の電気的絶縁材料の層を形成する。

図３は、更に別のギャップ構成を有する薄膜インダクタ３００の断面を示す。この構成では、インダクタは２つの強磁性ヨークを有し、それぞれのヨークの上側セクションおよび下側セクションは、２つの非磁性ギャップにより分離されている。

幾つかの構成では、本発明の様々な設計の何れのものとも互換可能ではあるが、第１および第２のヨークの上側セクションおよび下側セクションのうちの少なくとも１つは、第１および第２のヨークにわたって連続的である。例えば、図４は、２つの強磁性ヨークを有する薄膜インダクタ４００を示し、この図４の構成では、それぞれのヨークの上側セクションおよび下側セクションは、２つの非磁性ギャップにより分離されており、ヨークの下側セクションは１つの連続的な（接触した）部材である。図５は、２つの強磁性ヨークを有する薄膜インダクタ５００を示し、この図５の構成では、それぞれのヨークの上側セクションおよび下側セクションは、２つの非磁性ギャップにより分離されており、ヨークの上側セクションは１つの連続的な（接触した）部材である。更に別の実施形態では、上側セクションおよび下側セクションの双方とも連続した部材である。

図６Ａは、２つの強磁性ヨークを有する薄膜インダクタ６００を示し、この図６Ａの構成では、それぞれのヨークの上側セクションおよび下側セクションは、２つの非磁性ギャップにより分離されている。ここにおいて、厚さとは、ギャップ材料のデポジション（堆積）の厚さである。また、図６Ａは、巻き数が１回の導体を示している。大きい方の２つのギャップは、２回のデポジション・プロセスにより画定することができ、小さい方の２つのギャップは、１回のデポジション・プロセスにより画定することができる。

図６Ｂは、１つのアーム、巻き数が１回の１つの導体、および１つの強磁性ヨークを有する薄膜インダクタ６５０の断面を示し、ヨークの上側セクションおよび下側セクションは、厚さの異なる非磁性ギャップにより分離されている。ここにおいて、厚さとは、ギャップ材料の堆積の厚さである。当然ではあるが、ここでの開示を読んだ当業者には明らかなように、このような実施形態は、他の構成、例えば、図１〜６Ａ、図７〜８において見られるような構成と同様の特徴を有する。

図２〜６を参照して説明した実施形態において、それぞれのヨークの上側セクションはコンフォーマル（conformal、適合したもの）である。言い換えると、上側セクションは、概略的に、下にある構造の形状と同様の断面プロフィールを有する。

図７および図８を参照すると、薄膜インダクタ７００および８００は、それぞれのヨークの平面状上側セクションと、それぞれのヨークの上側セクションと下側セクションとの間に配される磁性材料のピラー（柱）７０２とを有するものとして、それぞれ示されている。この実施形態では、低磁気抵抗経路は、ビア領域における上側セクションと下側セクションとの間の２つの追加的な磁性ピラー構造を用いて作られる。これらの磁性ピラーは、上側極と下側極との間で束（フラックス）が流れることを可能にする。好適には、それぞれのピラーの少なくとる一端が、それと関連するヨークの上側セクションおよび／または下側セクションと接触する。図７に示されるように、それぞれのヨークの１以上の非磁性ギャップは、ピラー（１以上）の底部に位置することができる。図８に示すように、それぞれのヨークの１以上の非磁性ギャップは、ピラー（１以上）の頂部に位置することができる。

１つの実施形態に従った薄膜インダクタを作成する方法９００が、図９に示されている。方法９００は、幾つかの構成では、任意の望ましい環境で行われるものであり、図１〜８と関連して説明された実施形態および／またはアプローチを含むことができる。当然ではあるが、当業者には理解されるように、図９に示された動作工程よりも多いまたは少ない動作工程を行うこともできる。

ステップ９０２において、２つのヨークの下側セクションが形成される。これには、プレーティング、スパッタリング、マスキング、ミリングなどのような任意の適切なプロセスを用いることができる。ヨークの上側セクションおよび下側セクションは、鉄合金、ニッケル合金、コバルト合金、フェライトなどのような任意の軟質磁性材料を用いて作ることができる。ヨークの上側セクションおよび／または下側セクションは、連続的に形成された層の特徴を有するものとするか、または磁性層と非磁性層とが積層されたもの、例えば、磁性層と非磁性層とが交互に積層されたものとすることができる。非磁性層は、好適には、非導電性材料を含むが、導電性の非磁性層を用いる実施形態も可能である。更に、図４を参照して説明したように、下側セクションは、磁性材料の連続的な層の一部であり得る。

図９のステップ９０４において、電気的絶縁材料の第１の層が、２つの下側セクションのそれぞれのものの少なくとも一部の上に形成される。これには、スパッタリング、スピンコーティングなどのような任意の適切なプロセスを用いることができる。電気的絶縁材料に関しては、アルミナ、酸化シリコン、レジスト、ポリマーなどのような、当該技術分野で知られた任意の電気的絶縁材料を使用することができる。また、この層は、非磁性および非導電性であるかぎり、異なる材料または同様の材料の複数の層で構成することもできる。オプションとして、層は、強磁性ヨークにおいてギャップを作るために用いることもできる。また、層は、意図された位置にのみギャップを形成することを可能とするように、パターン化することもできる。

ステップ９０６において、それぞれの下側セクションと電気的絶縁材料の第１の層との上を通る１以上の導体が形成される。導体（１以上）は、銅、金、アルミニウムなどのような、任意の電気的絶縁材料で作ることができる。これには、マスクを用いてのプレーティング、ダマスク（Damascene）・プロセシング、導体プリンティング、スパッタリング、マスキング、ミリングなどのような、任意の既知の製造技術を用いることができる。

ステップ９０８において、１以上の導体の上に電気的絶縁材料の第２の層が形成される。電気的絶縁材料の第２の層は、電気的絶縁材料の第１の層と同様の様式および／または組成で形成することができ、また、異なる材料を含ませて形成することもできる。

ステップ９１０において、２つのヨークの上側セクションが形成される。上側セクションは、下側セクションと同様の様式および／または組成で形成することができる。幾つかの構成では、上側セクションは、下側セクションとは異なる組成を有する。

それぞれのヨークの上側セクションと下側セクションとの間に、１以上の非磁性ギャップが存在する。これらのギャップは、別個の層として形成されることや、別の層の副産物として形成されることや、その他の態様で形成されることができる。これには、プレーティングやスパッタリングなどのような任意の既知のプロセスを用いることができる。

幾つかの実施形態では、非磁性ギャップは、アルミナのような金属酸化物、酸化シリコン、レジスト、ポリマーなどのような、当該技術分野で知られた電気的絶縁材料で作られる。１つの構成では、電気的絶縁材料の第１の層はまた、１以上の非磁性ギャップを形成する。電気的絶縁材料の第１の層は、単一層デポジション・プロセスにより作り出される物理的および構造的な特性を有する。

他の実施形態では、非磁性ギャップは、ルテニウム、タンタル、アルミニウムなどのような、当該技術分野で知られた導電性材料で作られる。

例えば図７および図８に示すように、それぞれのヨークの上側セクションが平面である場合、方法は、それぞれのヨークの上側セクションと下側セクションとの間に配される磁性材料のピラーを形成するステップを更に含む。例えば、図１０は、図７に示すようなインダクタを形成する方法１０００を示す。幾つかの構成では、方法１０００は、任意の望ましい環境で行うことができ、図１〜９と関連して説明した実施形態および／またはアプローチを含むことができる。当然ではあるが、当業者には理解されるように、図１０に示された動作工程よりも多いまたは少ない動作工程を行うこともできる。

ステップ１００２において、２つのヨークの下側セクションが形成される。これには、プレーティング、スパッタリング、マスキング、ミリングなどのような、任意の適切なプロセスを用いることができる。ヨークの上側セクションおよび下側セクションは、鉄合金、ニッケル合金、コバルト合金、フェライトなどのような任意の軟質磁性材料を用いて作ることができる。ヨークの上側セクションおよび／または下側セクションは、連続的に形成された層の特徴を有するものとするか、または磁性層と非磁性層とが積層されたもの、例えば、磁性層と非磁性層とが交互に積層されたものとすることができる。更に、図４を参照して説明したように、下側セクションは、磁性材料の連続的な層の一部であり得る。

図１０のステップ１００４において、電気的絶縁材料の第１の層が、２つの下側セクションのそれぞれのものの少なくとも一部の上に形成される。これには、スパッタリング、スピンコーティングなどのような任意の適切なプロセスを用いることができる。電気的絶縁材料に関しては、アルミナ、酸化シリコン、レジスト、ポリマーなどのような、当該技術分野で知られた任意の電気的絶縁材料を使用することができる。また、この層は、非磁性および非導電性であるかぎり、異なる材料または同様の材料の複数の層で構成することもできる。オプションとして、層は、強磁性ヨークにおいてギャップを作るために用いることもできる。また、層は、意図された位置にのみギャップを形成することを可能とするように、パターン化することもできる。

ステップ１００６において、ピラーが形成される。ピラーは、下側セクションと同様の様式および／または組成で形成することができる。幾つかの構成では、ピラーは、下側セクションと異なる組成を有することができる。

ステップ１００８において、それぞれの下側セクションと電気的絶縁材料の第１の層との上を通る１以上の導体が形成される。導体（１以上）は、銅、金、アルミニウムなどのような、任意の電気的絶縁材料で作ることができる。これには、マスクを用いてのプレーティング、ダマスク・プロセシング、導体プリンティング、スパッタリング、マスキング、ミリングなどのような、任意の既知の製造技術を用いることができる。

ステップ１０１０において、１以上の導体の上に電気的絶縁材料の第２の層が形成される。電気的絶縁材料の第２の層は、電気的絶縁材料の第１の層と同様の様式および／または組成で形成することができ、また、異なる材料を含ませて形成することもできる。第２の層は、ポリマー層を含むことができる。続いて、この絶縁層は、化学機械的平面化などのような様々な平面化技術用いて平面化されて、導体の上の絶縁の領域が平面となるようにされる。

ステップ１０１２において、２つのヨークの上側セクションが形成される。上側セクションは、下側セクションおよび／またはピラーと同様の様式および／または組成で形成することができる。幾つかの構成では、上側セクションは、下側セクションおよび／またはピラーとは異なる組成を有する。

何れの構成に関しても、様々な部分の寸法は、この薄膜インダクタがしようされる特定の応用に応じて決められる。ここでの知識を得た当業者は、過度な実験を行う必要無しに、適切な寸法を選択することができるであろう。一般的なガイダンスとしてではあるが、利得の量は、一般に、ギャップの寸法に比例するものであり、ギャップの寸法はヨークの長さに比例し、ギャップが大きいほどインダクタのインダクタンスは低くなる。しかし、ギャップが大きすぎると、デバイスにおけるインダクタンスを増加させることおよび電流を低減させることにおいて、磁性ヨークの有効性（効果）は低くなる。

使用に関しては、薄膜インダクタは、インダクタが有用である何れの応用においても使用できる。図１１に示す１つの一般的な実施形態において、システム１１００は、電子デバイス１１０２と、ここで説明した何れかの実施形態に従った薄膜インダクタ１１０４とを含み、薄膜インダクタ１１０４は、好適には、電子デバイスの電源１１０６に結合されるか、または電源１１０６に組み込まれる。このような電子デバイスは、回路またはそのコンポーネント、チップまたはそのコンポーネント、マイクロプロセッサまたはそのコンポーネント、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）などであり得る。更なる実施形態では、電子デバイスおよび薄膜インダクタは、共通の基板上に物理的に構築（形成）される。従って、幾つかの構成では、薄膜インダクタは、チップ、マイクロプロセッサ、ＡＳＩＣなどに統合される。

図１２に示す１つの実施形態では、バックコンバータ１２００が提供される。この例では、回路は、２つのトランジスタ・スイッチ１２０２、１２０３と、インダクタ１２０４と、キャパシタ１２０６とを含む。適切な制御信号がスイッチへ入力されると、この回路は、大きい入力電圧を小さい出力電圧へと効率的に変換する。インダクタを含むこのような回路の多くは、当業者には知られている。このタイプの回路は、スタンドアロンの電力変換器（出力変換器）、チップの一部またはそのコンポーネント、マイクロプロセッサまたはそのコンポーネント、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）などであり得る。更なる実施形態では、電子デバイスおよび薄膜インダクタは、共通の基板上に物理的に構築（形成）される。従って、幾つかの構成では、薄膜インダクタは、チップ、マイクロプロセッサ、ＡＳＩＣなどに統合される。

更に別の構成では、薄膜インダクタは電子デバイスに統合され、その電子デバイスが、電力変換以外の応用のための回路で使用される。インダクタは、別個のコンポーネントとすることも、電子デバイスと同じ基板に形成することもできる。

更に別の構成では、薄膜インダクタは第１のチップ上に形成され、第１のチップが、電子デバイスを有する第２のチップと結合される。例えば、第１のチップは、電源と第２のチップとの間のインターポーザ（interposer）として働く。

例示のシステムは、モバイル電話、コンピュータ、パーソナル・デジタル・アシスタント（ＰＤＡ）、ポータブル電子デバイスなどを含む。電源は、電力供給線、バッテリ、トランスなどを含む。

上記で様々な実施形態を説明したが、それらは例示であり、限定のためのものではないことを理解すべきである。本発明の実施形態の外延および範囲は、上記の例示的な実施形態により限定されるべきではなく、特許請求の範囲および本発明の等価物に従って定義されるべきである。

Claims (24)

1. 薄膜インダクタであって、
   １以上のアームと、
   それぞれの前記アームを通る１以上の導体と、
   前記１以上のアームのうちの第１のアームにおける前記１以上の導体を部分的に包み込む第１の強磁性ヨークであって、磁性上側セクションと、磁性下側セクションと、前記１以上のアームのうちの前記第１のアームにおける前記１以上の導体の両側に位置するビア領域とを備え、前記磁性上側セクションと前記磁性下側セクションとが、前記ビア領域の低磁気抵抗経路を通じて結合されるものである、第１の強磁性ヨークと、
   前記第１のアームの前記ビア領域のうちの少なくとも１つのビア領域における前記上側セクションと前記下側セクションとの間の１以上の非磁性ギャップと
   を含む薄膜インダクタ。
2. 請求項１に記載の薄膜インダクタであって、前記１以上の非磁性ギャップは、電気的絶縁材料で作られる、薄膜インダクタ。
3. 請求項１に記載の薄膜インダクタであって、前記１以上の非磁性ギャップは、導電材料で作られる、薄膜インダクタ。
4. 請求項１に記載の薄膜インダクタであって、
   前記１以上のアームのうちの第２のアームにおける前記１以上の導体を部分的に包み込む第２の強磁性ヨークであって、磁性上側セクションと、磁性下側セクションと、前記１以上のアームのうちの前記第２のアームにおける前記１以上の導体の両側に位置するビア領域とを備え、前記磁性上側セクションと前記磁性下側セクションとが、前記ビア領域の低磁気抵抗経路を通じて結合されるものである、第２の強磁性ヨークと、
   前記第２のアームの前記ビア領域のうちの少なくとも１つのビア領域における前記上側セクションと前記下側セクションとの間の１以上の非磁性ギャップと
   を更に備える薄膜インダクタ。
5. 請求項４に記載の薄膜インダクタであって、それぞれの前記アームにおいて前記１以上の導体を包み込む前記強磁性ヨークのそれぞれは、前記強磁性ヨークにおける１つの非磁性ギャップを有する、薄膜インダクタ。
6. 請求項４に記載の薄膜インダクタであって、それぞれの前記強磁性ヨークの前記非磁性ギャップは、薄膜インダクタの内側に位置する、薄膜インダクタ。
7. 請求項１に記載の薄膜インダクタであって、前記１以上の導体は渦巻き状の構成を有する、薄膜インダクタ。
8. 請求項１に記載の薄膜インダクタであって、前記コイルは、電気的絶縁材料により前記下側セクションから分離され、前記電気的絶縁材料は、前記１以上の非磁性ギャップを形成するものであり、かつ単一層デポジションにより作られたことによる物理的および構造的な特徴を有するものである、薄膜インダクタ。
9. 請求項１に記載の薄膜インダクタであって、前記第１の強磁性ヨークの前記上側セクションと前記下側セクションとは２つの非磁性ギャップにより分離される、薄膜インダクタ。
10. 請求項９に記載の薄膜インダクタであって、前記２つの非磁性ギャップは異なる厚さである、薄膜インダクタ。
11. 請求項１に記載の薄膜インダクタであって、前記１以上の導体の巻き数は２回以上である、薄膜インダクタ。
12. 請求項１に記載の薄膜インダクタであって、前記１以上の導体の巻き数は１回である、薄膜インダクタ。
13. 請求項１に記載の薄膜インダクタであって、前記第１の強磁性ヨークの前記上側セクションは平面状であり、前記第１の強磁性ヨークの前記上側セクションと前記下側セクションとの間に磁性材料のピラーが配される、薄膜インダクタ。
14. 請求項１３に記載の薄膜インダクタであって、前記第１の強磁性ヨークの前記１以上の非磁性ギャップは、１以上の前記ピラーの底部のある、薄膜インダクタ。
15. 請求項１３に記載の薄膜インダクタであって、前記第１の強磁性ヨークの前記１以上の非磁性ギャップは、１以上の前記ピラーの頂部にある、薄膜インダクタ。
16. 請求項１に記載の薄膜インダクタであって、前記第１の強磁性ヨークおよび前記第２の強磁性ヨークの前記上側セクションおよび前記下側セクションのうちの少なくとも１つは、前記第１のヨークと前記第２のヨークとにわたって連続したものである、薄膜インダクタ。
17. 請求項４に記載の薄膜インダクタであって、前記第１の強磁性ヨークおよび前記第２の強磁性ヨークの前記上側セクションおよび前記下側セクションのうちの少なくとも１つは、磁性層と非磁性層とを積層したものである、膜インダクタ。
18. システムであって、
    電子デバイスと、
    請求項４に記載の薄膜インダクタを含む電源と
    を備えるシステム。
19. 請求項１８に記載の薄膜システムであって、それぞれの前記ヨークの前記上側セクションはコンフォーマルである、システム。
20. 請求項１８に記載の薄膜システムであって、それぞれの前記ヨークの前記上側セクションは平面状であり、それぞれの前記ヨークの前記上側セクションと前記下側セクションとの間に磁性材料のピラーが配される、システム。
21. 請求項１８に記載の薄膜システムであって、前記第１のヨークおよび前記第２のヨークの前記上側セクションおよび前記下側セクションのうちの少なくとも１つは、磁性層と非磁性層とを積層したものである、システム。
22. 請求項１８に記載の薄膜システムであって、前記薄膜インダクタと前記電子デバイスとが共通の基板に物理的に構築される、システム。
23. 薄膜インダクタを作成する方法であって、
    ２つのヨークの下側セクションを形成するステップと、
    ２つの前記下側セクションのうちのそれぞれの下側セクションの少なくとも一部の上に、電気的絶縁材料の第１の層を形成するステップと、
    それぞれの前記下側セクションの上を通る１以上の導体を形成するステップと、
    前記１以上の導体の上に、電気的絶縁材料の第２の層を形成するステップと、
    前記２つのヨークの上側セクションを形成するステップと
    を含み、
    １以上の非磁性ギャップが１以上のビア領域に存在し、前記ビア領域は、それぞれの前記ヨークの前記上側セクションと前記下側セクションとの間の前記１以上の導体のそれぞれの側に位置するものである、
    方法。
24. 請求項２３に記載の方法であって、それぞれの前記ヨークの前記上側セクションは平面状であり、
    それぞれの前記ヨークの前記上側セクションと前記下側セクションとの間に磁性材料のピラーを形成するステップ
    を更に備える方法。

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