JP2017048435A - 複合メッキ膜およびその製造方法、および磁気デバイス、パワーモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】直流磁化特性および交流磁化特性に優れ、安価で製造の容易な複合メッキ膜およびその製造方法を提供する。【解決手段】複合メッキ膜１６の製造方法は、Ｎｉ、Ｆｅ、若しくはＣｏの１つの元素を有するメッキ液２６を形成する工程と、メッキ液中にカソード３０Ｋとアノード２８Ａとを浸漬させる工程と、メッキ液をメッキ膜成膜温度に保持する工程と、カソードとアノードとの間に複数の電解条件を発生させて、上記の元素を含む複合メッキ膜をカソード電極表面に析出させる複合メッキ膜形成工程とを有し、複数の電解条件の内、少なくとも1つの電解条件におけるカソードの電極電位が、水の分解電位よりも高く、上記の元素を水酸化させる工程を含む。複合メッキ膜１６は、Ｎｉ、Ｆｅ、若しくはＣｏの１つの軟磁性体（３４）と、軟磁性体の酸化物または水酸化物を少なくとも一部に有する粒界部（３６）とを備える。【選択図】図２

Description

本実施の形態は、複合メッキ膜およびその製造方法、および磁気デバイス、パワーモジュールに関する。

高い比透磁率を持ったニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、フェライトなどの磁性材は、チョークコイルや絶縁トランス、非接触電流センサなど、様々な回路素子に用いるコア材として、幅広く適用されている。

その中でも集積回路（ＩＣ：Integrated Circuits）に内蔵させることを前提とした平滑用パワーインダクタや、パワーモジュールに内蔵させる非接触電流センサには、小型で、高い飽和磁束密度、かつ比透磁率の良好な周波数依存性が求められる。

一方、メッキを用いて磁性材を析出させる手法が存在し、ＮｉＦｅなどの軟磁性体を微細なパターンで高速に形成することが可能である。

しかし、ＮｉＦｅなどの軟磁性体は、純粋な金属であるため電気抵抗率が低く、渦電流の発生に起因する磁気損失や、磁場相殺によって高周波電流に対する比透磁率が低下する点で、高周波特性が悪いという欠点がある。

このような問題に対し、直流磁化特性に優れ、かつ交流磁化特性にも優れた非晶質軟磁性積層膜を、メッキを使って形成する方法が提案されている。しかしながら、製造上、複数のメッキ液を用意しなければならず、それらの間で被析出体を交互に行き来させる手間がある。

酸化物層と磁性金属層を有する複合メッキ膜による高抵抗軟磁性膜を形成する方法も提案されている。しかしながら、製造上、酸化物の原料として比較的高価なレアメタルをメッキ液中に添加する必要があった。

一方、炭化ケイ素（ＳｉＣ：Silicon Carbide）は多くの機関で研究開発され、すでに複数の企業からパワーデバイス製品として世に供給されている。ワイドバンドギャップ半導体であるＳｉＣを用いて作られたパワーデバイスの特長として、従来のＳｉパワーデバイスよりも優れた低オン抵抗、高速スイッチングおよび高温動作などを挙げることができる。

このようなＳｉＣパワーデバイスを搭載したパワーモジュールに内蔵させる非接触電流センサには、小型で、大電流に対応し、かつ良好な周波数特性が求められる。

特開平０６−１３２１２８号公報 特開平１１−１５００２０号公報 特開２０１５−１２５０２０号公報

本実施の形態は、直流磁化特性と交流磁化特性の両方に優れ、かつ安価で製造の容易な複合メッキ膜およびその製造方法、およびこの複合メッキ膜を適用した磁気デバイス、およびこの磁気デバイスを搭載したパワーモジュールを提供する。

本実施の形態の一態様によれば、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、若しくはコバルト（Ｃｏ）の内の少なくとも１つの軟磁性体と、前記軟磁性体の酸化物または水酸化物を少なくとも一部に有する粒界部とを有する軟磁性層を備える複合メッキ膜が提供される。

本実施の形態の他の態様によれば、Ｎｉ、Ｆｅ、若しくはＣｏの内の少なくとも１つの軟磁性体と、前記軟磁性体の酸化物または水酸化物を少なくとも一部に有する粒界部とを有する軟磁性層を備える複合メッキ膜と、前記複合メッキ膜の表面に形成された凹部と、前記凹部の表面を覆うように形成された絶縁層と、前記凹部に埋め込まれた金属パターンとを備える磁気デバイスが提供される。

本実施の形態の他の態様によれば、金属配線と、前記金属配線の周囲を覆うように形成された絶縁層と、前記絶縁層の周囲に形成されたシード層と、Ｎｉ、Ｆｅ、若しくはＣｏの内の少なくとも１つの軟磁性体と、前記軟磁性体の酸化物または水酸化物を少なくとも一部に有する粒界部とを有する軟磁性層を備え、前記シード層上に形成された複合メッキ膜とを備える磁気デバイスが提供される。

本実施の形態の他の態様によれば、上記の磁気デバイスを内蔵し、前記磁気デバイスは、電流を検知可能であるパワーモジュールが提供される。

本実施の形態の他の態様によれば、主基板と、前記主基板上に配置され、正側電力端子に接続された第１電極パターンと、前記主基板上に配置され、負側電力端子に接続された第２電極パターンと、前記主基板上に配置され、出力端子に接続された第３電極パターンと、前記第１電極パターン上に第１ドレインが配置された第１パワートランジスタと、前記第３電極パターン上に第２ドレインが配置された第２パワートランジスタと、前記主基板上に配置された磁気デバイス部とを備え、前記磁気デバイス部は、上記の複合メッキ膜を備え、前記第１電極パターン、前記第２電極パターン若しくは前記第３電極パターンのいずれかに導通する電流によって発生する磁束を、前記磁気デバイス部の電極と接続された電流センスパッド電極の間の導通電流によって検出可能であるパワーモジュールが提供される。

本実施の形態の他の態様によれば、Ｎｉ、Ｆｅ、若しくはＣｏの内の少なくとも１つの元素を有するメッキ液を形成する工程と、前記メッキ液中にカソードとなる被析出体とアノードとを浸漬させる工程と、前記メッキ液をメッキ膜成膜温度に保持する工程と、前記被析出体と前記アノード電極との間に複数の電解条件を発生させて前記元素を含む複合メッキ膜を前記被析出体に析出させる複合メッキ膜形成工程とを有し、前記複合メッキ膜形成工程において、前記複数の電解条件のうち、少なくとも１つの電解条件における前記カソードの電極電位が水の分解電位よりも高く、前記元素を水酸化させる工程を有する複合メッキ膜の製造方法が提供される。

本実施の形態によれば、直流磁化特性と交流磁化特性の両方に優れ、かつ安価で製造の容易な複合メッキ膜およびその製造方法、およびこの複合メッキ膜を適用した磁気デバイス、およびこの磁気デバイスを搭載したパワーモジュールを提供することができる。

実施の形態に係る複合メッキ膜の模式的断面構造図。 実施の形態に係る複合メッキ膜の製造方法を説明する模式的構成図。 実施の形態に係る複合メッキ膜の製造方法において適用される電流波形の模式図。 実施の形態に係る複合メッキ膜の製造方法において適用されるメッキ液の組成および浴温、電流密度、印加時間等の成膜条件（条件１、条件２、条件３）を示す説明図。 実施の形態に係る複合メッキ膜の別の模式的断面構造図。 実施の形態に係る複合メッキ膜の断面ＳＥＭ写真例。 実施の形態に係る複合メッキ膜の交流磁化特性例。 実施の形態に係る複合メッキ膜の直流磁化特性例。 実施の形態に係る複合メッキ膜を適用した磁気デバイスとして、巻線コイル構造を備えるインダクタンス素子の模式的鳥瞰構造図。 実施の形態に係る複合メッキ膜を適用した磁気デバイスとして、インダクタンス素子(図９)の製造方法であって、（ａ）一工程を示す模式的断面構造図（その１）、（ｂ）一工程を示す模式的断面構造図（その２）、（ｃ）一工程を示す模式的断面構造図（その３）。 実施の形態に係る複合メッキ膜を適用した磁気デバイスとして、インダクタンス素子(図９)の製造方法であって、（ａ）一工程を示す模式的断面構造図（その４）、（ｂ）一工程を示す模式的断面構造図（その５）、（ｃ）一工程を示す模式的断面構造図（その６）。 実施の形態に係る複合メッキ膜を適用した磁気デバイスとして、インダクタンス素子(図９)の製造方法であって、（ａ）一工程を示す模式的断面構造図（その７）、（ｂ）一工程を示す模式的断面構造図（その８）。 実施の形態に係る複合メッキ膜を適用した磁気デバイスとして、インダクタンス素子(図９)の製造方法であって、最終工程を示す模式的断面構造図（その９）。 （ａ）実施の形態に係る複合メッキ膜を適用した磁気デバイスとして、トランスの模式的鳥瞰構造図、（ｂ）図１４（ａ）に示すトランスの等価回路構成図。 実施の形態に係る複合メッキ膜を適用した磁気デバイスとして、図１４（ａ）に示されたトランスの隣接部分の模式的断面構造図。 実施の形態に係る複合メッキ膜を適用した磁気デバイスを搭載したパワーモジュールであって、ハーフブリッジ回路の模式的回路構成図。 実施の形態に係る複合メッキ膜を適用した磁気デバイスを搭載したパワーモジュールの模式的平面パターン構成図。 図１７に示すパワーモジュールに搭載される磁気デバイスの模式的断面構造図。 実施の形態に係る複合メッキ膜を適用した磁気デバイスを搭載したパワーモジュールの別の模式的平面パターン構成図。 図１９に示すパワーモジュールに搭載される磁気デバイスの模式的断面構造図。

次に、図面を参照して、実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。

また、以下に示す実施の形態は、技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

（複合メッキ膜の構造）
実施の形態に係る複合メッキ膜１６Ａは、図１に示すように、Ｎｉ、Ｆｅ、若しくはＣｏの内の少なくとも１つの軟磁性体３４と、軟磁性体３４の酸化物または水酸化物を少なくとも一部に有する粒界部３６とを備える。

実施の形態に係る複合メッキ膜１６Ａは、Ｎｉ、Ｆｅ、若しくはＣｏの内の少なくとも１つの軟磁性体３４を含むメッキ膜において、メッキ膜内部に軟磁性体３４の酸化物または水酸化物を含有させている。結果として、実施の形態に係る複合メッキ膜１６Ａは、電気抵抗率を増加し、渦電流の発生を抑制できるため、比透磁率の高周波特性が改善可能である。

また、実施の形態に係る複合メッキ膜１６Ａは、軟磁性体３４の酸化物または水酸化物を粒界部３６に偏析させた構造を備えることで、最低限の絶縁体体積で、メッキ膜の電気抵抗率を増大可能であるため、飽和磁束密度Ｂ_Sを高く保ち、かつヒステリシスループの面積を小さく抑えることができる。

実施の形態に係る複合メッキ膜によれば、複数の高価な原料を使用した異種複合メッキ膜を組み合わせることなく、直流磁化特性と、交流磁化特性の両方に優れた複合メッキ膜を安価、容易に実現可能である。

軟磁性金属元素をＭで表すと、酸化物は、例えば、ＭＯ、Ｍ₂Ｏ₃若しくはＭ₃Ｏ₄で表され、水酸化物は、例えば、ＭＯＨ、Ｍ（ＯＨ）₂若しくはＭ（ＯＨ）₃で表される。Ｍは、遷移金属元素であり複数の価数を取り得る。また、酸化物は、メッキ形成工程で水酸化物を形成し、熱処理により、水酸化物が脱水して生成される。このため、酸化物と水酸化物の形成でメッキ条件が変わることはない。

実施の形態に係る複合メッキ膜１６Ａは、ホウ素（Ｂ）、リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）、炭素（Ｃ）、若しくは窒素（Ｎ）の内の少なくとも１つの非金属元素、若しくはこれらの組み合わせを更に備えていても良い。組み合わせ例としては、Ｃ＋Ｎ＋Ｓや、Ｃ＋Ｎ＋Ｐなど、Ｃ、Ｎと他の元素の組み合わせも可能である。

実施の形態に係る複合メッキ膜１６Ａにおいて、粒界部３６には、Ｂ、Ｐ、Ｓ、Ｃ、若しくはＮの内の少なくとも１つの非金属元素の少なくとも一部が偏析されていても良い。

Ｂ、Ｐ、Ｓ、Ｃ、若しくはＮの内の少なくとも１つの非金属元素、若しくはこれらの組み合わせは、絶縁性を向上させるための添加物である。

軟磁性体３４の内部若しくは粒界部３６に、Ｂ、Ｐ、Ｓ、Ｃ、若しくはＮといった異種元素を導入することで、複合メッキ膜１６Ａの電気抵抗率の更なる増大が可能であり、交流磁化特性を改善可能である。

実施の形態に係る複合メッキ膜１６Ａにおいて、Ｂ、Ｐ、Ｓ、Ｃ、若しくはＮといった異種元素は、粒界部３６に集中的に含まれていることで、最小限の絶縁体体積で複合メッキ膜１６Ａの電気抵抗率の増大が実現可能であり、直流磁化特性および交流磁化特性の両方に優れた軟磁性膜を形成可能である。

（製造装置の模式的構成と製造条件）
実施の形態に係る複合メッキ膜の製造方法を説明する模式的構成は、図２に示すように表される。また、実施の形態に係る複合メッキ膜の製造方法において適用される電流波形は、模式的に図３に示すように表される。

図３において、第１電流密度Ｊ１は相対的に低い電流密度であって、主として軟磁性体の形成を担う。一方、第２電流密度Ｊ２は相対的に高い電流密度であって、主として水酸化物の形成を担う。

ここで、電流の向きを図２に示すように、アノード２８Ａからカソード３０Ｋへ向かう外部回路を導通する電流密度Ｊの向きとして定義すると、第１電流密度Ｊ１および第２電流密度Ｊ２は、いずれも図３に示すように、マイナス（−）の符号を付けて表される。

第１電流密度Ｊ１の印加時間パルス幅Ｔ１は、時刻ｔ１と時刻ｔ２間のパルス幅で表され、第２電流密度Ｊ２の印加時間パルス幅Ｔ２は、時刻ｔ２と時刻ｔ３間のパルス幅で表される。パルス周期は、（Ｔ１＋Ｔ２）で表される。印加されるパルスの周波数は、例えば、約１Ｈｚ〜１００Ｈｚ程度である。

例えば、一定の電流密度として第１電流密度Ｊ１が印加される場合には、直流メッキを実施することになるが、本実施の形態に係る複合メッキ膜の製造方法のように、第１電流密度Ｊ１と第２電流密度Ｊ２が交互にパルス状に印加される場合には、交流電解メッキを実施することになる。

―動作手順―
（Ａ）軟磁性金属元素を含むメッキ液２６中に電極（陽極となるアノード２８Ａ、陰極となるカソード３０Ｋ）を浸漬し、アノード２８Ａ・カソード３０Ｋ間に、パルス電源３２を接続する。

（Ｂ）主として軟磁性体の形成を担う第１電流密度Ｊ１と、主として水酸化物の形成を担う第２電流密度Ｊ２を所望の値に設定し、かつ第１電流密度Ｊ１の印加時間パルス幅Ｔ１と、第２電流密度Ｊ２の印加時間パルス幅Ｔ２を所望の値に設定し、メッキ形成工程における電流を出力する。

（Ｃ）カソード３０Ｋ表面において、本実施の形態に係る複合メッキ膜１６が形成される。

メッキされる軟磁性体の原料元素は、各種水溶性塩として供給される。例えば、硫酸塩、塩化物塩、硝酸塩、リン酸塩、酢酸塩、スルファミン酸塩などを適用可能である。

メッキ液２６は、軟磁性金属元素を含む水溶液であり、ＮｉＦｅ複合メッキ膜１６の形成においては、塩化ニッケル（ＮｉＣｌ₂）や硫酸ニッケル（ＮｉＳＯ₄）、硫酸鉄（II）（硫酸第一鉄:ＦｅＳＯ₄）などを含有している。メッキ液２６には、複合メッキ膜１６の膜質を向上させるために、ホウ酸、サッカリン、マロン酸などの助剤を添加しても良い。

また、実施の形態に係る複合メッキ膜の製造方法において、適用されるメッキ液の組成および浴温、電流密度、印加時間等の成膜条件（条件１、条件２、条件３）は、図４に示すように表される。

条件１（ＣＯＮ１）においては、図４に示すように、メッキ液２６中に、硫酸ニッケル（ＮｉＳＯ₄）＝２５０ｇ／Ｌ、塩化ニッケル（ＮｉＣｌ₂）＝４０ｇ／Ｌ、硫酸第一鉄（ＦｅＳＯ₄）＝８０ｇ／Ｌを投入している。浴温ＬＴ＝３０℃、第１電流密度Ｊ１＝４Ａ／ｄｍ²、第２電流密度Ｊ２＝２４Ａ／ｄｍ²、第１電流密度Ｊ１の印加時間パルス幅Ｔ１＝５００ｍｓｅｃ、第２電流密度Ｊ２の印加時間パルス幅Ｔ２＝５０ｍｓｅｃであり、メッキ液２６のｐＨ＝２である。なお、チオ尿素（ＣＨ₄ Ｎ₂Ｓ）は添加していない。

条件２（ＣＯＮ２）においては、図４に示すように、メッキ液２６中に、ＮｉＳＯ₄＝２５０ｇ／Ｌ、ＮｉＣｌ₂＝４０ｇ／Ｌ、ＦｅＳＯ₄＝４８０ｇ／Ｌ、ＣＨ₄ Ｎ₂Ｓ＝０．０５ｇ／Ｌを投入している。浴温ＬＴ＝３０℃、第１電流密度Ｊ１＝２Ａ／ｄｍ²、第２電流密度Ｊ２＝２４Ａ／ｄｍ²、第１電流密度Ｊ１の印加時間パルス幅Ｔ１＝５００ｍｓｅｃ、第２電流密度Ｊ２の印加時間パルス幅Ｔ２＝５００ｍｓｅｃであり、メッキ液２６のｐＨ＝２である。

条件３（ＣＯＮ３）においては、図４に示すように、メッキ液２６中に、ＮｉＳＯ₄＝２５０ｇ／Ｌ、ＮｉＣｌ₂＝４０ｇ／Ｌ、ＦｅＳＯ₄＝９６０ｇ／Ｌ、ＣＨ₄ Ｎ₂Ｓ＝０．１ｇ／Ｌを投入している。浴温ＬＴ＝３０℃、第１電流密度Ｊ１＝１．２Ａ／ｄｍ²、第２電流密度Ｊ２＝２４Ａ／ｄｍ²、第１電流密度の印加時間パルス幅Ｔ１＝５００ｍｓｅｃ、第２電流密度の印加時間パルス幅Ｔ２＝５０ｍｓｅｃであり、メッキ液２６のｐＨ＝２である。

図３において、相対的に低い電流密度の第１電流密度Ｊ１における電解は、いわゆる通常の金属メッキにおける電解条件に対応している。このとき、メッキ液２６中の金属イオンが、カソード３０Ｋの表面上において還元されて、カソード３０Ｋの表面上に軟磁性金属が析出し、複合メッキ膜１６の軟磁性体３４部分が形成される。ここで、金属析出に伴う化学反応式は、軟磁性金属元素をＭで表すと、（１）式で表すことができる。

Ｍⁿ⁺＋ｎｅ^-→Ｍ（金属析出） （１）

図３において、相対的に高い電流密度の第２電流密度Ｊ２における電解時（第２電流密度Ｊ２の印加時間パルス幅Ｔ２に対応）は、上記の金属析出に加えて、水（Ｈ₂Ｏ）の電気分解が起こっている。すなわち、水溶液系の電解液に浸漬したカソード電極に相対的に高い還元電位を印加すると、ある電位でＨ₂Ｏの電気分解が始まる。ここで、Ｈ₂Ｏの電気分解に伴う化学反応式は、（２）式で表すことができる。

２Ｈ₂Ｏ＋２ｅ^-→Ｈ₂＋２ＯＨ^- （２）

ここで発生した水酸化物イオンＯＨ^-により、メッキ膜表面のｐＨが上昇し、Ｎｉ、Ｆｅ、若しくはＣｏの金属イオンが加水分解することで、メッキ膜表面近傍に金属水酸化物が生成する。その結果、これら金属水酸化物がメッキ膜中に共析することで、複合メッキ膜１６が形成される。ここで、Ｎｉ、Ｆｅ、若しくはＣｏの金属イオンの加水分解により水酸化物が形成される化学反応式は、軟磁性金属元素をＭで表すと、（３）式で表すことができる。

Ｍ^x+＋ｘＯＨ^-→Ｍ（ＯＨ）_x （３）

この水酸化物の形成により、複合メッキ膜１６の抵抗率が増大する。

一方、酸化物は、水酸化物と軟磁性金属を含む複合メッキ膜１６を熱処理することで生成される。ここで、脱水反応の化学式は、例えば（４）式で表すことができる。

２Ｍ（ＯＨ）_x→２ＭＯ_x/2＋ｘＨ₂Ｏ （４）

絶縁性を向上させるための添加物であるＢ、Ｐ、Ｓ、Ｃ、若しくはＮなどの非金属元素の原料となる各種化合物が、メッキ液２６に添加されていても良い。ホウ素化合物としては、例えば、水素化ホウ素ナトリウムやアルキルアミンボランなどを適用可能である。リン化合物としては、例えば、リン酸、亜リン酸、次亜リン酸などを適用可能である。硫黄化合物としては、例えば、チオ尿素やチオ硫酸ナトリウムなどを適用可能である。炭素化合物としては、例えば、シュウ酸や各種有機化合物などを適用可能である。窒素化合物としては、例えば、硝酸塩や各種有機化合物などを適用可能である。

メッキ液２６中に存在させる軟磁性金属イオンおよび非金属元素添加物の濃度は、約０．０１ｍｏｌ／Ｌ〜約３ｍｏｌ／Ｌ程度であり、例えば、約１ｍｏｌ／Ｌである。メッキ液温度は、例えば、常温（約２５℃）〜９０℃程度である。

水酸化を主に担う電解条件においては、電流密度は、水の分解電位より高い電極電位が得られるように、十分に高く設定する必要がある。具体的には、例えば、図４のＣＯＮ１−ＣＯＮ３に記載のメッキ液組成の場合、２４Ａ／ｄｍ²程度である。

軟磁性体形成を担う電解条件では、電流密度は、約０．１Ａ／ｄｍ²〜１００Ａ／ｄｍ²程度であるが、メッキ液の組成など他の電解条件によって、適切な電流密度範囲は、変化し得る。

内部に水酸化物を含有する、強度の強い軟磁性体を形成するには、各電解条件の周期は、約１０ｍｓｅｃ〜１０００ｍｓｅｃ程度に設定するのが良く、例えば、約５００ｍｓｅｃである。

複合メッキ膜形成工程中は、メッキ液の撹拌を行っても良い。この撹拌手法は、空気バブリング、機械的な撹拌、その他当該技術分野において良く知られた技術を適用可能である。Ｆｅ²⁺イオンの酸化を防止するため、空気バブリングではなく機械的な撹拌技術を用いることが望ましい。

（複合メッキ膜の製造方法）
実施の形態に係る複合メッキ膜の製造方法においては、ＮｉＦｅ複合メッキ膜１６を形成する際に、複数の電解条件を備えた交流電解を用い、ＮｉＦｅのバルク膜を成長させる工程と、ＮｉＦｅの水酸化物を巻き込みながらＮｉＦｅ膜形成を行う工程を周期的に行うことで、ＮｉＦｅ水酸化化合物を粒界部３６に偏析させた複合メッキ膜１６を形成する。

実施の形態に係る複合メッキ膜の製造方法は、Ｎｉ、Ｆｅ、若しくはＣｏの内の少なくとも１つの元素を有するメッキ液２６を形成する工程と、メッキ液２６中にカソード３０Ｋとなる被析出体とアノード２８Ａとを浸漬させる工程と、メッキ液２６をメッキ膜成膜温度に保持する工程と、カソード３０Ｋとアノード２８Ａとの間に複数の電解条件を発生させることで、Ｎｉ、Ｆｅ、若しくはＣｏの内の少なくとも１つの元素を含む複合メッキ膜１６を被析出体に析出させる複合メッキ膜形成工程とを有する。

また、実施の形態に係る複合メッキ膜の製造方法は、複合メッキ膜形成工程において、複数の電解条件の内、少なくとも1つの電解条件におけるカソード３０Ｋの電極電位が、水の分解電位よりも高く、Ｎｉ、Ｆｅ、若しくはＣｏの内の少なくとも１つの元素を水酸化させる工程を有していれば良い。

また、実施の形態に係る複合メッキ膜の製造方法において、メッキ液２６は、Ｂ、Ｐ、Ｓ、Ｃ、若しくはＮの内の少なくとも１つの非金属元素、若しくはこれらの組み合わせを有する添加物を含有していても良い。

メッキ液２６は、Ｂ、Ｐ、Ｓ、Ｃ、若しくはＮといった元素を含む添加物を入れておくことで、複合メッキ膜１６中に非金属元素を導入し、さらに電気抵抗率を増大可能である。

すなわち、Ｂ、Ｐ、Ｓ、Ｃ、若しくはＮといった非金属元素を添加することによって、軟磁性金属のバルク抵抗を増大させることと、粒界部における粒界絶縁に必要な絶縁性化合物の原料を供給することの２つの効果を発揮することができる。

（被析出体）
被析出体としては、例えば、銅（Ｃｕ）板、ステンレス板、チタン（Ｔｉ）板、白金（Ｐｔ）板、その他メッキ技術分野で適用可能な材料を用いることができる。Ｃｕ板、ステンレス板、Ｔｉ板、Ｐｔ板などは、導電性の基板である。但し、例えば、アルミニウム（Ａｌ）板、亜鉛（Ｚｎ）板などの酸性水溶液に溶解する電極は、使用することができない。一方、Ｃｕなどの導電性のシード層を表面に形成していれば、シリコン（Ｓｉ）基板やセラミックス基板上にも複合メッキ膜１６を形成可能である。このため、Ｃｕシード層で表面コーティングしたＳｉ基板、セラミックス基板なども適用可能である。

また、実施の形態に係る複合メッキ膜の製造方法は、複合メッキ膜形成工程後、複合メッキ膜１６を不活性ガス雰囲気中において、メッキ膜成膜温度以上再結晶温度未満でアニールする工程を更に有していても良い。メッキ膜成膜温度以上再結晶温度未満のアニール温度範囲とは、磁性材料の再結晶化を引き起こさずに添加物の拡散を促進させる温度範囲である。再結晶化された場合には、結晶粒径が大きくなり、透磁率μが低下し、保磁力Ｈ_Cが増大する。実験に用いたメッキ成膜温度は、例えば、約３０℃であり、再結晶温度は、例えば、約３８０℃である。

ここで、不活性ガスとしては、例えば、窒素、アルゴンなどを適用可能である。

アニール工程を実施することで、複合メッキ膜１６中に導入した水酸化物、添加元素を粒界部３６に偏析させ、直流磁化特性、交流磁化特性の両方を更に向上させることができる。

相対的低い電流密度と相対的に高い電流密度の電解条件が含まれていれば、図３に示すような２段パルスに限定されることなく、３段階のパルスでも４段階のパルスでも適用可能である。さらにいえば、パルス波形に限定されることもなく、例えば正弦波や三角波でも適用可能である。したがって、本実施の形態に係る複合メッキ膜の製造方法においては、カソードとアノードとの間に複数の電解条件を発生する複数段のパルス電流、あるいは相対的に低い電流密度と相対的に高い電流密度の電解条件を含む任意の電流波形を印加する工程を備えていても良い。

（水酸化物の形成）
元素の水酸化を主に担う電解条件と、軟磁性体形成を担う電解条件とを含む複数の電解条件を有する交流電解を用いることで、複数のメッキ液を用意せずに、複合メッキ膜内部への絶縁性化合物の導入を効率的に行うことができる。

水酸化を主に担う高電流密度での電解析出時には、水酸化物の形成と軟磁性体の析出が同時に起こる。メッキ液中のＨ₂Ｏが電気分解され、カソード電極近傍の界面ｐＨが上昇した状態でメッキ成長を行うことにより、ＯＨ基が複合メッキ膜内部に取り込まれる。

金属の水酸化物は一般的に脆く、実用上取扱いが困難である。軟磁性を有する金属とその水酸化物を適切な比率で複合化することにより、脆性が改善し、かつ良好な磁気特性を有する複合メッキ膜を形成することができる。

（多層化構造）
実施の形態に係る複合メッキ膜であって、別の模式的断面構造は、図５に示すように表される。

パルス時間の設定によっては、図５に示すように、軟磁性層３７₁・３７₂・…・３７_n-1・３７_nと高抵抗層３５₁・３５₂・…・３５_n-1・３５_nの多層化構造を備えていても良い。

実施の形態に係る複合メッキ膜１６Ｂは、図５に示すように、Ｎｉ、Ｆｅ、若しくはＣｏの内の少なくとも１つの軟磁性体３４と、軟磁性体３４の酸化物または水酸化物を少なくとも一部に有する粒界部３６とを備える複数の軟磁性層３７₁・３７₂・…・３７_n-1・３７_nと、軟磁性体３４の酸化物または水酸化物を有する複数の高抵抗層３５₁・３５₂・…・３５_n-1・３５_nとの積層化構造を備える。

実施の形態に係る複合メッキ膜１６Ｂは、軟磁性層３７₁・３７₂・…・３７_n-1・３７_n内部および高抵抗層３５₁・３５₂・…・３５_n-1・３５_nに軟磁性体３４の酸化物または水酸化物を含有させることにより、メッキ膜の電気抵抗率を増大し、渦電流の発生を抑制し、比透磁率の高周波特性を改善させることができる。

また、実施の形態に係る複合メッキ膜１６Ｂは、軟磁性体３４の酸化物または水酸化物を粒界部３６および高抵抗層３５₁・３５₂・…・３５_n-1・３５_nに偏析させた構造を備えることで、最低限の絶縁体体積で、複合メッキ膜１６Ｂの電気抵抗率を増大可能であるため、飽和磁束密度Ｂ_Sを高く保ち、かつヒステリシスループの面積を小さく抑えることができる。

実施の形態に係る複合メッキ膜１６Ｂによれば、直流磁化特性と、交流磁化特性の両方に優れた複合メッキ膜を安価、容易に実現可能である。

実施の形態に係る複合メッキ膜１６Ｂは、Ｂ、Ｐ、Ｓ、Ｃ、若しくはＮの内の少なくとも１つの非金属元素、若しくはこれらの組み合わせを更に備えていても良い。組み合わせ例としては、Ｃ＋Ｎ＋Ｓや、Ｃ＋Ｎ＋Ｐなど、Ｃ、Ｎと他の元素の組み合わせも可能である。

実施の形態に係る複合メッキ膜１６Ｂにおいて、粒界部３６および高抵抗層３５₁・３５₂・…・３５_n-1・３５_nには、Ｂ、Ｐ、Ｓ、Ｃ、若しくはＮの内の少なくとも１つの非金属元素の少なくとも一部が偏析されていても良い。

軟磁性体３４の内部若しくは粒界部３６および高抵抗層３５₁・３５₂・…・３５_n-1・３５_nに、Ｂ、Ｐ、Ｓ、Ｃ、若しくはＮといった異種元素を導入することで、複合メッキ膜１６Ｂの電気抵抗率の更なる増大が可能であり、交流磁化特性を改善可能である。

実施の形態に係る複合メッキ膜１６Ｂにおいて、Ｂ、Ｐ、Ｓ、Ｃ、若しくはＮといった異種元素は、粒界部３６および高抵抗層３５₁・３５₂・…・３５_n-1・３５_nに集中的に含まれていることで、最小限の絶縁体体積で複合メッキ膜１６Ｂの電気抵抗率の増大が実現可能であり、直流磁化特性および交流磁化特性の両方に優れた軟磁性膜を形成可能である。

（断面ＳＥＭ写真）
実施の形態に係る複合メッキ膜の断面ＳＥＭ写真例は、図６に示すように表される。

実施の形態に係る複合メッキ膜は、図６に示すように、軟磁性体３４と、軟磁性体３４の酸化物または水酸化物を有する粒界部３６とを備える。軟磁性体３４は、Ｎｉ、Ｆｅ、若しくはＣｏを有し、粒界部（粒界面）３６には、軟磁性体３４の酸化物または水酸化物が偏析されていることが分析結果により確認されている。

（交流磁化特性）
実施の形態に係る複合メッキ膜の交流磁化特性例（比透磁率μ_rの周波数特性例）は、図７に示すように表される。

図７において、条件１、条件２、条件３は、それぞれ図４におけるＣＯＮ１、ＣＯＮ２、ＣＯＮ３に対応する。

一方、図７において、ＮｉＦｅ単膜（比較例）の形成条件は、以下の通りである。

電解条件は、直流電解を使用し、膜厚は、約１．５μｍである。メッキ液の条件は、ＮｉＳＯ₄＝２５０ｇ／Ｌ、ＮｉＣｌ₂＝４０ｇ／Ｌ、ＦｅＳＯ₄＝８０ｇ／Ｌ、浴温ＬＴ＝約５０℃、直流電流密度＝約４Ａ／ｄｍ²、ｐＨ＝約２である。

図７に示すように、実施の形態に係る複合メッキ膜では、条件１、条件２、条件３の形成条件で作成されたいずれの複合メッキ膜においても、ＮｉＦｅ単膜（比較例）に比べて、周波数ｆの上昇に対する比透磁率μ_rの低下率が小さく、周波数特性が改善されている。

（直流磁化特性）
実施の形態に係る複合メッキ膜の直流磁化特性例は、図８に示すように表される。

図８において、条件１、条件２、条件３は、それぞれ図４におけるＣＯＮ１、ＣＯＮ２、ＣＯＮ３に対応する。

一方、図８おいて、ＮｉＦｅ単膜（比較例）の形成条件は、上記と同様である。

図８に示すように、実施の形態に係る複合メッキ膜では、条件１、条件２、条件３の形成条件で作成されたいずれの複合メッキ膜においても、ＮｉＦｅ単膜（比較例）と同様に、磁束密度−磁場関係グラフにおいて、飽和磁束密度Ｂ_Sが高く、ヒステリシスループの面積が狭く、良好なヒステリシス特性を示す。

（磁気デバイス）
―巻線コイル構造のインダクタンス素子―
実施の形態に係る複合メッキ膜１６を適用した磁気デバイス５２として、巻線コイル構造のインダクタンス素子の模式的鳥瞰構造は、図９に示すように表される。

また、実施の形態に係る複合メッキ膜１６を適用した磁気デバイス５２として、巻線コイル構造のインダクタンス素子の模式的断面構造は、図１３に示すように表される。

実施の形態に係る複合メッキ膜１６を適用した磁気デバイス５２は、図９および図１３に示すように、Ｎｉ、Ｆｅ、若しくはＣｏの内の少なくとも１つの軟磁性体（３４）と、軟磁性体（３４）の酸化物または水酸化物を少なくとも一部に有する粒界部（３６）とを有する軟磁性層（３７）を備える複合メッキ膜１６と、複合メッキ膜１６の表面に形成された凹部と、凹部の表面を覆うように形成された絶縁層１８と、凹部に埋め込まれた金属パターン２２とを備える。

絶縁層１８は、例えば、ＳｉＯ₂やＳｉＮにより形成される。

金属パターン２２は、例えば、銅（Ｃｕ）により形成可能である。

実施の形態に係る複合メッキ膜１６を適用した磁気デバイス５２は、複合メッキ膜１６の表面に凹部を設けて金属パターン２２を形成することにより、金属パターン２２に電流を流す磁気特性に優れた磁気デバイスを実現可能である。

実施の形態に係る複合メッキ膜１６を適用した磁気デバイス５２は、上記の複合メッキ膜の形成工程を有するため、スパッタリング技術などの真空成膜法と比較して、安価かつ高速に成膜可能である。例えば、スパッタリングによる成膜速度は、約０．００１μｍ／ｍｉｎ〜０．０１μｍ／ｍｉｎ程度であるが、実施の形態に係る複合メッキ膜１６のメッキ技術による成膜速度は、約０．１μｍ／ｍｉｎ〜１μｍ／ｍｉｎ程度であり、スパッタリング手法と比べて相対的に高速である。

実施の形態に係る複合メッキ膜１６を適用した磁気デバイス５２は、良好な磁気特性を保持すると共に、微細パターンで小型形成可能であるため、小型化が進むパワーモジュールに内蔵させる非接触型の電流センサとして適用可能である。

―巻線コイル構造のインダクタンス素子の製造方法―
実施の形態に係る複合メッキ膜１６を適用した磁気デバイスとして、巻線コイル構造のインダクタンス素子の製造方法を図１０〜図１３を参照して説明する。

（ａ）まず、図１０（ａ）に示すように、セラミックス基板１０を準備し、セラミックス基板１０上にメッキ形成のためのシード層１２を形成する。ここで、シード層１２としては、Ｃｕシード層を適用可能である。Ｃｕシード層１２の形成方法としては、例えば、スパッタリング技術若しくは無電解メッキ技術を用いることができる。Ｃｕシード層１２の厚さは、例えば、約３００ｎｍである。

（ｂ）次に、図１０（ｂ）に示すように、シード層１２上にレジスト層１４を形成し、フォトリソグラフィー工程によって、パターニングする。

（ｃ）次に、図１０（ｃ）に示すように、本実施の形態に係る複合メッキ膜の製造方法を用いて、パルス電解メッキで複合メッキ膜１６を形成する。複合メッキ膜１６の厚さは、例えば、約５０μｍ〜１００μｍ程度である。

（ｄ）次に、図１１（ａ）に示すように、レジスト層１４を除去する。その後、複合メッキ膜１６中に導入した水酸化物、添加元素を粒界部に偏析させるため、アニール処理を実行しても良い。アニール工程を実施することで、複合メッキ膜中に導入した水酸化物、添加元素を粒界部に偏析させ、直流磁化特性、交流磁化特性の両方を更に向上させることができる。アニール温度は、非金属元素が拡散し、かつ金属粒子の粗大化が起こらない温度範囲で実施する。これによって、電気抵抗率の増大、直流磁化特性、交流磁化特性の両方を向上させることができる。アニール処理温度としては、例えば、約２５℃〜約４００℃の範囲である。

（ｅ）次に、図１１（ｂ）に示すように、ウェットエッチング技術を用いて、シード層１２を除去する。アニール工程は、ここで実施しても良い。

（ｆ）次に、図１１（ｃ）に示すように、デバイス表面全面に絶縁層１８を形成する。
ここで、絶縁層１８としては、ＳｉＯ₂を適用可能である。形成技術としては、例えば化学的気相堆積（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）法を用いることができる。絶縁層１８は、複合メッキ膜１６の上面および側面、シード層１２の側面、およびセラミックス基板１０上に堆積されている。

（ｇ）次に、図１２（ａ）に示すように、デバイス表面全面にメッキ形成のためのシード層２０を形成する。ここで、シード層２０としては、Ｃｕシード層を適用可能である。Ｃｕシード層２０の形成においては、例えば、スパッタリング技術を用い、絶縁層１８の表面に形成である。

（ｈ）次に、図１２（ｂ）に示すように、デバイス表面全面のシード層２０上に、メッキ形成技術を用いてＣｕメッキ層２２を形成する。ここで、Ｃｕメッキ層２２は、シード層２０に対して凹部を埋め込むようにデバイス表面全面に形成される。

（ｉ）次に、図１３に示すように、化学的機械的研磨技術を用いて、デバイス表面を平坦化し、隣り合うＣｕメッキ層２２を絶縁分離し、インダクタンス素子の配線層を形成すると共に、表面保護のためのパッシベーション層２４をデバイス表面全面に形成する。パッシベーション層２４としては、例えば、ＣＶＤ酸化膜若しくは窒化膜などを適用可能である。

―トランス―
実施の形態に係る複合メッキ膜を適用した磁気デバイス５４として、トランスの模式的鳥瞰構造は、図１４（ａ）に示すように表され、図１４（ａ）に示すトランスの等価回路構成は、図１４（ｂ）に示すように表される。

また、実施の形態に係る複合メッキ膜を適用した磁気デバイス５４として、図１４（ａ）に示されたトランスの隣接部分の模式的断面構造は、図１５に示すように表される。

実施の形態に係る複合メッキ膜を適用した磁気デバイス５４は、図１４および図１５に示すように、金属配線１２２Ａ・１２２Ｂと、金属配線１２２Ａ・１２２Ｂの周囲を覆うように形成された絶縁層１１８Ａ・１１８Ｂと、絶縁層１１８Ａ・１１８Ｂの周囲に形成されたシード層１２１Ａ・１２１Ｂと、Ｎｉ、Ｆｅ、若しくはＣｏの内の少なくとも１つの軟磁性体（３４）と、軟磁性体（３４）の酸化物または水酸化物を少なくとも一部に有する粒界部（３６）とを有する軟磁性層（３７）を備え、シード層１２１Ａ・１２１Ｂ上に形成された複合メッキ膜１１６とを備える。

実施の形態に係る複合メッキ膜を適用した磁気デバイス５４は、図１４（ｂ）に示すようなトランスの等価回路構成を有する。トランスの１次側巻線は、１２２Ａ−１２２Ａからなる巻線で表され、1次側インダクタンスを構成する。トランスの２次側巻線は、１２２Ｂ−１２２Ｂからなる巻線で表され、２次側インダクタンスを構成する。

金属配線１２２Ａ・１２２Ｂの周囲に上記の複合メッキ膜１１６を形成することにより、トランスなどの立体的で複雑な配線構造を備える磁気デバイス５４を提供可能である。

―トランスの製造方法―
（ａ）まず、図１５に示すように、磁性材被覆対象の金属配線１２２Ａ・１２２Ｂの表面に、絶縁層１１８Ａ・１１８Ｂを形成する。絶縁層１１８Ａ・１１８Ｂには、例えば、ポリウレタンが適用可能である。金属配線１２２Ａ・１２２Ｂには、例えば、Ｃｕが適用可能である。

（ｂ）次に、図１５に示すように、絶縁層１１８Ａ・１１８Ｂの表面にシード層１２１Ａ・１２１Ｂを形成する。シード層１２１Ａ・１２１Ｂは、Ｃｕで形成可能である。シード層１２１Ａ・１２１Ｂの形成方法としては、スパッタリング技術若しくは無電解メッキ技術を用いることができる。

（ｃ）次に、図１５に示すように、シード層１２１Ａ・１２１Ｂの表面に本実施の形態に係る複合メッキ膜の製造方法を用いて、パルス電解メッキで複合メッキ膜１１６を形成する。このとき、図１５に示すように、複合メッキ膜１１６は、隣接する配線の周囲で一体化されるように形成する。

（ｄ）次に、図１５に示すように、表面保護のためのパッシベーション層１２４を複合メッキ膜１１６の表面全面に形成する。パッシベーション層１２４としては、例えば、ＣＶＤ酸化膜若しくは窒化膜などを適用可能である。

（パワーモジュール）
―ハーフブリッジ回路構成―
実施の形態に係る複合メッキ膜を適用した磁気デバイスを搭載したパワーモジュールであって、ハーフブリッジ回路の模式的回路構成は、図１６に示すように表される。

図１６に示すように、ハーフブリッジ回路において、ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴ Ｑ１のソースＳ１は、ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴ Ｑ４のドレインＤ４に電気的に接続されている。ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴ Ｑ１・Ｑ４のゲートＧ１・Ｇ４、ソースセンスＳＳ１・ＳＳ４は、外部取り出しのゲート端子ＧＴ１・ＧＴ４、ソースセンス端子ＳＳＴ１・ＳＳＴ４に接続されている。ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴ Ｑ１のドレインＤ１は、正側電力端子Ｐに接続され、ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴ Ｑ４のソースＳ４は、負側電力端子Ｎに接続されている。また、ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴ Ｑ１のソースＳ１およびＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴ Ｑ４のドレインＤ４は、出力端子Ｏに接続されている。また、ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴ Ｑ４のソースＳ４と負側電力端子Ｎとの間には、磁気デバイス部５０が接続され、磁気デバイス部５０には、電流センス端子ＣＳ１・ＣＳ２が接続されている。図示は省略するが、正側電力端子Ｐ・負側電力端子Ｎ間には、電源が外部接続される。

実施の形態に係る複合メッキ膜を適用した磁気デバイスは、良好な磁気特性を保持すると共に、微細パターンで小型形成可能であるため、小型化が進むパワーモジュールに内蔵させる非接触型の電流センサとして適用可能である。

前記磁気デバイスを内部に有し、電流を検知する機能を備えるパワーモジュールの例を図１７および図１９に示す。

―パワーモジュールの内部構造例１―
実施の形態に係る複合メッキ膜を適用した磁気デバイスを搭載したパワーモジュールの模式的平面パターン構成は、図１７に示すように表される。

また、図１７に示すパワーモジュールに搭載される磁気デバイスの模式的断面構造は、図１８に示すように表される。

実施の形態に係る複合メッキ膜を適用した磁気デバイス部５０を搭載したパワーモジュール２００は、図１７に示すように、主基板１０と、主基板１０上に配置されたパワートランジスタＱ１・Ｑ４と、主基板１０上に配置された磁気デバイス部５０とを備え、磁気デバイス部５０は、パワートランジスタＱ４を導通する電流を検知可能である。

パワートランジスタＱ１・Ｑ４は、ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴ、ＳｉＣ−ＩＧＢＴ、ＧａＮ−ＦＥＴ、Ｓｉ−ＩＧＢＴ、Ｓｉ−ＭＯＳＦＥＴのいずれかの半導体チップを備えていても良い。

更に詳細には、実施の形態に係る複合メッキ膜を適用した磁気デバイス部５０を搭載したパワーモジュール２００は、図１７に示すように、主基板１０と、主基板１０上に配置され、正側電力端子Ｐに接続された第１電極パターン１２０₁と、主基板１０上に配置され、負側電力端子Ｎに接続された第２電極パターン１２０_n（ＥＰ）と、主基板１０上に配置され、出力端子Ｏに接続された第３電極パターン１２０₄と、第１電極パターン１２０₁上に第１ドレインが配置された第１ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴ Ｑ１と、第３電極パターン１２０₄上に第２ドレインが配置された第２ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴ Ｑ４と、第２電極パターン１２０_n（ＥＰ）上に配置された磁気デバイス部５０とを備える。

ここで、磁気デバイス部５０は、第２電極パターン１２０_n（ＥＰ）に導通する電流によって発生する磁束Φを検出可能である。

図１７に示すように、ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴ Ｑ１は、第１電極パターン１２０₁上に２チップ配置されており、同様にＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴ Ｑ４は、第３電極パターン１２０₄上に２チップ配置されている。

ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴ Ｑ１の第１ソースＳ１は、ソース用ボンディングワイヤＢＷ_S1を介して第３電極パターン１２０₄と接続され、ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴ Ｑ４の第２ソースＳ４は、ソース用ボンディングワイヤＢＷ_S4を介して第２電極パターン１２０_n（ＥＰ）と接続されている。

ここで、磁気デバイス部５０は、図１７・図１８に示すように、主基板１０（２２４）上に配置される絶縁層２１２と、絶縁層２１２上に配置される磁気デバイス２１４とを備える。主基板１０は、図１８に示すように、セラミックスからなる絶縁基板２０４と、絶縁基板２０４の表面および裏面にＣｕ箔層２０６・２０２を備えるセラミックス基板２２４を備えていても良い。

また、磁気デバイス２１４上に第１電極２１６₁および第２電極２１６₂を備えていても良い。

また、磁気デバイス部５０は、図１７・図１８に示すように、主基板１０（２２４）上に配置され、第１電極２１６₁と接続される第１電流センスパッド電極ＣＬ１と、主基板１０（２２４）上に配置され、第２電極２１６₂と接続される第２電流センスパッド電極ＣＬ２とを備え、第２電極パターン１２０_n（ＥＰ）に導通するソース電流によって発生する磁束Φは、磁気デバイス２１４に発生する誘導起電力として、第１電流センスパッド電極ＣＬ１と第２電流センスパッド電極ＣＬ２との間の導通電流によって、電流センス端子ＣＳ１・ＣＳ２間で検出可能である。ここで、第１電流センスパッド電極ＣＬ１・第２電流センスパッド電極ＣＬ２には、電流センス端子ＣＳ１・ＣＳ２が接続されている。

ここで、磁気デバイス２１４は、実施の形態に係る複合メッキ膜を備える。

主基板１０は、図１８に示すように、セラミックス基板２２４を備えていても良く、また、複数のセラミックス基板と金属層の多層構造で構成された多層セラミックス基板を備えていても良い。

磁気デバイス部５０は、図１８に示すように、例えば、セラミックス基板２２４と、セラミックス基板２２４上に半田層２０８を介して配置される金属層２１０と、金属層２１０上に配置される絶縁層２１２と、絶縁層２１２上に配置される磁気デバイス２１４と、磁気デバイス２１４上に配置される第１電極２１６₁および第２電極２１６₂とを備える。

磁気デバイス２１４をセラミックス基板２２４上に、金属層２１０および金属層２１０上に配置される絶縁層２１２を介して、配置する理由は、下記の通りである。すなわち、物性により磁性材自体が絶縁体でない場合もあり、Ｃｕパターン２０６に流れる電流が磁性材自体に流れることを防止するためである。例えば、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）などのセラミックス層を適用可能な絶縁層２１２を介して、磁気デバイス２１４をＣｕパターン２０６から絶縁することができる。

セラミックス基板２２４は、セラミックスからなる絶縁基板２０４と、絶縁基板２０４の表面に配置されるＣｕ箔層２０６と、絶縁基板２０４の裏面に配置されるＣｕ箔層２０２とを備える。ここで、セラミックス基板２２４としては、例えば、ＤＢＣ（Direct Bonding Copper）基板を適用可能である。また、セラミックス基板２２４の代わりとして、ＤＢＡ（Direct Brazing Aluminum）基板若しくはＡＭＢ（Active Metal Bonding）基板などを適用可能である。なお、ＤＢＣ基板の代わりに、有機絶縁樹脂層を絶縁層基板として適用しても良い。

金属層２１０は、例えば、Ｃｕ箔層で形成可能である。

絶縁層２１２は、例えば、Ａｌ₂Ｏ₃層で形成可能である。

磁気デバイス２１４としては、例えば、上述の図９に示されたインダクタンス素子を適用可能である。

磁気デバイス２１４として、図９に示されたインダクタンス素子を適用する場合には、第１電極２１６₁および第２電極２１６₂は、図９の電極Ｐ１・Ｐ２に対応している。

磁気デバイス２１４上に配置される第１電極２１６₁・第２電極２１６₂は、ボンディングワイヤＢＷ_C1・ＢＷ_C2を介して、電流センスパッド電極ＣＬ１・ＣＬ２に接続され、電流センスパッド電極ＣＬ１・ＣＬ２は、さらに電流センス端子ＣＳ１・ＣＳ２に接続されている。

磁気デバイス２１４は、ソースＳ４に接続される第２電極パターン１２０_n（ＥＰ）に導通する電流によって発生する磁束Φを検出している。ここで、第２電極パターン１２０_n（ＥＰ）は、絶縁基板２０４の表面に配置されるＣｕ箔層２０６（図１８）に対応している。

―パワーモジュールの内部構造例２―
実施の形態に係る複合メッキ膜を適用した磁気デバイスを搭載したパワーモジュールの別の模式的平面パターン構成は、図１９に示すように表される。

また、図１９に示すパワーモジュールに搭載される磁気デバイスの模式的断面構造は、図２０に示すように表される。

実施の形態に係る複合メッキ膜を適用した磁気デバイス部５０を搭載したパワーモジュール２００は、図１９に示すように、主基板１０と、主基板１０上に配置され、正側電力端子Ｐに接続された第１電極パターン１２０₁と、主基板１０上に配置され、負側電力端子Ｎに接続された第２電極パターン１２０_n（ＥＰ）と、主基板１０上に配置され、出力端子Ｏに接続された第３電極パターン１２０₄と、第１電極パターン１２０₁上に第１ドレインが配置された第１ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴＱ１と、第３電極パターン１２０₄上に第２ドレインが配置された第２ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴＱ４と、主基板１０上に、第２電極パターン１２０_n（ＥＰ）に隣接して配置された磁気デバイス部５０とを備える。

ここで、磁気デバイス部５０は、第２電極パターン１２０_n（ＥＰ）に導通するソース電流によって発生する磁束Φを検出可能である。

実施の形態に係る複合メッキ膜を適用した磁気デバイス部５０を搭載したパワーモジュール２００は、図１９に示すように、主基板１０上に配置される第１電流センスパッド電極ＣＬ１と、主基板１０上に配置される第２電流センスパッド電極ＣＬ２とを備え、磁気デバイス部５０は、第１電流センスパッド電極ＣＬ１と第２電流センスパッド電極ＣＬ２とに跨って配置されていても良い。

また、磁気デバイス部５０は、図１９・図２０に示すように、第１電流センスパッド電極ＣＬ１と、第２電流センスパッド電極ＣＬ２とに跨って配置される絶縁層２１２と、絶縁層２１２上に配置される磁気デバイス２１４とを備えていても良い。

図１９に示すパワーモジュールに搭載される磁気デバイス部５０は、図２０に示すように、例えば、セラミックス基板２２４と、セラミックス基板２２４の表面電極を構成する第１Ｃｕ箔層２０６₁・第２Ｃｕ箔層２０６₂上に跨って配置される絶縁層２１２と、絶縁層２１２上に配置される磁気デバイス２１４と、磁気デバイス２１４の側面に接続されかつ半田層２２０₁・２２０₂を介して第１Ｃｕ箔層２０６₁・第２Ｃｕ箔層２０６₂に接続される第１電極２１８₁・第２電極２１８₂とを備える。

実施の形態に係る複合メッキ膜を適用した磁気デバイス部５０を搭載したパワーモジュール２００においては、図１９・図２０に示すように、第２電極パターン１２０_n（ＥＰ）（２０６₃）を導通するソース電流によって発生する磁束Φは、磁気デバイス２１４に発生する誘導起電力として、第１電流センスパッド電極ＣＬ１（２０６₁）と第２電流センスパッド電極ＣＬ２（２０６₂）との間の導通電流によって、電流センス端子ＣＳ１・ＣＳ２間で検出可能である。

セラミックス基板２２４は、セラミックスからなる絶縁基板２０４と、絶縁基板２０４の表面に配置される第１Ｃｕ箔層２０６₁・第２Ｃｕ箔層２０６₂、および第３Ｃｕ箔層２０６₃と、絶縁基板２０４の裏面に配置されるＣｕ箔層２０２とを備える。

磁気デバイス２１４としては、例えば、上述の図９に示されたインダクタンス素子を適用可能である。

磁気デバイス２１４として、図９に示されたインダクタンス素子を適用する場合には、第１電極２１８₁および第２電極２１８₂は、図９の電極Ｐ１・Ｐ２に接続される。このとき、第１電極２１８₁・第２電極２１８₂は、磁気デバイス２１４に含まれる複合メッキ膜と電気的に絶縁されている必要があることに留意すべきである。

第１Ｃｕ箔層２０６₁・第２Ｃｕ箔層２０６₂は、電流センスパッド電極ＣＬ１・ＣＬ２に対応している。したがって、磁気デバイス２１４に接続される第１電極２１８₁・第２電極２１８₂は、電流センスパッド電極ＣＬ１・ＣＬ２に接続され、電流センスパッド電極ＣＬ１・ＣＬ２は、さらに電流センス端子ＣＳ１・ＣＳ２に接続されている。

磁気デバイス２１４は、ソースＳ４に接続される第２電極パターン１２０_n（ＥＰ）に導通する電流によって発生する磁束Φを検出している。ここで、第２電極パターン１２０_n（ＥＰ）は、絶縁基板２０４の表面に配置される第３Ｃｕ箔層２０６₃（図２０）に対応している。すなわち、磁気デバイス２１４は、離隔して配置される第３Ｃｕ箔層２０６₃（図２０）に導通する電流によって発生する磁束Φを検出している。

その他の構成は、図１７に示したパワーモジュールの内部構造例１と同様である。

正側電力端子Ｐ・負側電力端子Ｎ、外部取り出し用のゲート端子ＧＴ１・ＧＴ２およびＳＳＴ１・ＳＳＴ２は、例えば、Ｃｕで形成可能である。

主基板１０は、セラミックス基板で形成可能である。セラミックス基板は、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ、ＳｉＮ、ＡｌＳｉＣ、若しくは少なくとも表面が絶縁性のＳｉＣなどで形成されていても良い。

電極パターンは、例えば、Ｃｕ、Ａｌなどで形成可能である。

ゲート用ワイヤＧＷ１・ＧＷ４、ソースセンス用ワイヤＳＳＷ１・ＳＳＷ４およびソース用ボンディングワイヤＢＷ_S1・ＢＷ_S4は、例えば、Ａｌ、ＡｌＣｕなどで形成可能である。

ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴ Ｑ１・Ｑ４としては、ＳｉＣ−ＤＩ（ダブルイオン注入：Double Implanted）ＭＯＳＦＥＴ、ＳｉＣ−トレンチＭＯＳＦＥＴなどを適用可能である。

以上説明したように、本実施の形態によれば、直流磁化特性と交流磁化特性の両方に優れ、かつ安価で製造の容易な複合メッキ膜およびその製造方法、およびこの複合メッキ膜を適用した磁気デバイス、この磁気デバイスを搭載したパワーモジュールを提供することができる。

[その他の実施の形態]
上記のように、実施の形態およびその変形例によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。

このように、本実施の形態ここでは記載していない様々な実施の形態などを含む。

本実施の形態に係る複合メッキ膜およびこの複合メッキ膜を適用した磁気デバイスは、パワーモジュール内蔵型電流センサ、ＩＣ内蔵パワーインダクタなどに適用可能であり、また、ＨＥＶ/ＥＶ向け昇圧回路、３相インバータに適用可能であり、特に高周波動作させることでメリットが出るＤＣ／ＤＣコンバータなど幅広い応用分野に適用可能である。

１０…主基板（セラミックス基板）
１２、２０、１２１Ａ、１２１Ｂ…シード層
１４…レジスト層
１６、１６Ａ、１６Ｂ、１１６…複合メッキ膜
１８、１１８Ａ、１１８Ｂ、２１２…絶縁層
２２…金属パターン（Ｃｕメッキ層）
２４、１２４…パッシベーション層
２６…メッキ液
２８Ａ…アノード電極
３０Ｋ…カソード電極（被析出体）
３２…パルス電源
３４…軟磁性体
３５₁、３５₂、…、３５_n-1、３５_n…高抵抗層
３６…粒界面（粒界部）
３７、３７₁、３７₂、…、３７_n-1、３７_n…軟磁性層
５０…磁気デバイス部
５２、５４、２１４…磁気デバイス
１２０₁、１２０₄、１２０_n(ＥＰ)…電極パターン
１２２Ａ、１２２Ｂ…金属配線
１４０₁、１４０₄…信号基板
２００…パワーモジュール
２０２、２０６、２０６₁、２０６₂、２０６₃…Ｃｕ箔層
２０４…絶縁基板
２０８、２２０₁、２２０₂…半田層
２１０…金属層
２１６₁、２１８₁…第１電極
２１６₂、２１８₂…第２電極
２２４…セラミックス基板
Ｑ１、Ｑ４…半導体デバイス（ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴ）
Ｊ１…第１電流密度
Ｊ２…第２電流密度
Ｔ１…第１電流密度の印加時間パルス幅
Ｔ２…第２電流密度の印加時間パルス幅
ＬＴ…浴温
Ｂ…磁束密度
Ｂ_S…飽和磁束密度
Ｈ…磁場（磁界）
Ｈ_C、Ｈ_C1…保磁力
μ、μ１…透磁率
μ_r…比透磁率
Ｐ…正側電力端子
Ｎ…負側電力端子
Ｏ…出力端子
Ｓ１、Ｓ４…ソース
Ｄ１、Ｄ４…ドレイン
ＳＳＴ１、ＳＳＴ４…ソースセンス
ＣＳ１、ＣＳ２…電流センス端子
ＣＬ１、ＣＬ２…電流センスパッド電極
ＧＴ１、ＧＴ４…ゲート端子
ＳＳＴ１、ＳＳＴ４…ソースセンス端子
ＳＬ１、ＳＬ４…ソースセンス用信号配線パターン
ＧＬ１、ＧＬ４…ゲート用信号配線パターン
ＧＷ１、ＧＷ４…ゲート用ワイヤ
ＳＳＷ１、ＳＳＷ４…ソースセンス用ワイヤ
ＢＷ_S1、ＢＷ_S4…ソース用ボンディングワイヤ
ＢＷ_C1、ＢＷ_C2…ボンディングワイヤ
Ｐ１、Ｐ２…電極

Claims (12)

1. ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、若しくはコバルト（Ｃｏ）の内の少なくとも１つの軟磁性体と、
   前記軟磁性体の酸化物または水酸化物を少なくとも一部に有する粒界部と
   を有する軟磁性層を備えることを特徴とする複合メッキ膜。
2. 前記複合メッキ膜は、ホウ素（Ｂ）、リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）、炭素（Ｃ）、若しくは窒素（Ｎ）の内の少なくとも１つの非金属元素、若しくはこれらの組み合わせを更に有することを特徴とする請求項１に記載の複合メッキ膜。
3. 前記粒界部は、前記非金属元素の少なくとも一部を有することを特徴とする請求項２に記載の複合メッキ膜。
4. 前記軟磁性層と積層化され、前記軟磁性体の酸化物または水酸化物を有する高抵抗層を備えることを特徴とする請求項１〜３にいずれか１項に記載の複合メッキ膜。
5. 前記高抵抗層は、Ｂ、Ｐ、Ｓ、Ｃ、若しくはＮの内の少なくとも１つの非金属元素、若しくはこれらの組み合わせを更に有することを特徴とする請求項４に記載の複合メッキ膜。
6. Ｎｉ、Ｆｅ、若しくはＣｏの内の少なくとも１つの軟磁性体と、前記軟磁性体の酸化物または水酸化物を少なくとも一部に有する粒界部とを有する軟磁性層を備える複合メッキ膜と、
   前記複合メッキ膜の表面に形成された凹部と、
   前記凹部の表面を覆うように形成された絶縁層と、
   前記凹部に埋め込まれた金属パターンと
   を備えることを特徴とする磁気デバイス。
7. 金属配線と、
   前記金属配線の周囲を覆うように形成された絶縁層と、
   前記絶縁層の周囲に形成されたシード層と、
   Ｎｉ、Ｆｅ、若しくはＣｏの内の少なくとも１つの軟磁性体と、前記軟磁性体の酸化物または水酸化物を少なくとも一部に有する粒界部とを有する軟磁性層を備え、前記シード層上に形成された複合メッキ膜と
   を備えることを特徴とする磁気デバイス。
8. 請求項６または７に記載の磁気デバイスを内蔵し、前記磁気デバイスは、電流を検知可能であることを特徴とするパワーモジュール。
9. 主基板と、
   前記主基板上に配置され、正側電力端子に接続された第１電極パターンと、
   前記主基板上に配置され、負側電力端子に接続された第２電極パターンと、
   前記主基板上に配置され、出力端子に接続された第３電極パターンと、
   前記第１電極パターン上に第１ドレインが配置された第１パワートランジスタと、
   前記第３電極パターン上に第２ドレインが配置された第２パワートランジスタと、
   前記主基板上に配置された磁気デバイス部と
   を備え、
   前記磁気デバイス部は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の複合メッキ膜を備え、前記第１電極パターン、前記第２電極パターン若しくは前記第３電極パターンのいずれかに導通する電流によって発生する磁束を、前記磁気デバイス部の電極と接続された電流センスパッド電極の間の導通電流によって検出可能であることを特徴とするパワーモジュール。
10. Ｎｉ、Ｆｅ、若しくはＣｏの内の少なくとも１つの元素を有するメッキ液を形成する工程と、
    前記メッキ液中にカソードとなる被析出体とアノードとを浸漬させる工程と、
    前記メッキ液をメッキ膜成膜温度に保持する工程と、
    前記被析出体と前記アノード電極との間に複数の電解条件を発生させて前記元素を含む複合メッキ膜を前記被析出体に析出させる複合メッキ膜形成工程と
    を有し、
    前記複合メッキ膜形成工程において、前記複数の電解条件のうち、少なくとも１つの電解条件における前記カソードの電極電位が水の分解電位よりも高く、前記元素を水酸化させる工程を有することを特徴とする複合メッキ膜の製造方法。
11. 前記メッキ液は、Ｂ、Ｐ、Ｓ、Ｃ、若しくはＮの内の少なくとも１つの非金属元素、若しくはこれらの組み合わせを有する添加物を含有することを特徴とする請求項１０に記載の複合メッキ膜の製造方法。
12. 前記複合メッキ膜形成工程後、前記メッキ膜を不活性ガス雰囲気中において、メッキ膜成膜温度以上再結晶温度未満でアニールする工程を更に有することを特徴とする請求項１０または１１に記載の複合メッキ膜の製造方法。