JP2941484B2 - 平面トランス - Google Patents
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
- H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
- H01F27/2804—Printed windings
-
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-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F17/00—Fixed inductances of the signal type
- H01F17/0006—Printed inductances
- H01F2017/0086—Printed inductances on semiconductor substrate
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は各種の電源回路、蛍光灯
インバータ回路などに用いられる平面トランスに関す
る。
インバータ回路などに用いられる平面トランスに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、あらゆる電子機器に対して小型軽
量化が強く要求されている。しかし、電子回路の構成部
品のうち、インダクタやトランスなどの磁気部品は、半
導体素子、抵抗器、コンデンサなどに比べて小型化・軽
量化が遅れており、回路の小型軽量化を阻害する重大な
要因となっている。これらの磁気素子は、特に各種の電
力変換回路には必須の回路要素であるにもかかわらず、
小型・軽量化が困難な状況にある。例えば、電子交換器
内部には、必要な電源電圧に応じて、電子回路ボード毎
に多数のＤＣ−ＤＣコンバータが利用されており、これ
らの直流電源の全体積のうちかなりの部分が磁気素子で
占められている。また、ワードプロセッサやコンピュー
タなどに多用されている液晶バックライト（蛍光管式）
駆動用インバータにもやはりこれらの磁気部品が使用さ
れており、機器の薄型化のためには磁気部品の薄型化が
必須である。
量化が強く要求されている。しかし、電子回路の構成部
品のうち、インダクタやトランスなどの磁気部品は、半
導体素子、抵抗器、コンデンサなどに比べて小型化・軽
量化が遅れており、回路の小型軽量化を阻害する重大な
要因となっている。これらの磁気素子は、特に各種の電
力変換回路には必須の回路要素であるにもかかわらず、
小型・軽量化が困難な状況にある。例えば、電子交換器
内部には、必要な電源電圧に応じて、電子回路ボード毎
に多数のＤＣ−ＤＣコンバータが利用されており、これ
らの直流電源の全体積のうちかなりの部分が磁気素子で
占められている。また、ワードプロセッサやコンピュー
タなどに多用されている液晶バックライト（蛍光管式）
駆動用インバータにもやはりこれらの磁気部品が使用さ
れており、機器の薄型化のためには磁気部品の薄型化が
必須である。
【０００３】このような背景のもとで、平面型のインダ
クタやトランスの開発が盛んに進められている。このう
ちトランスを平面化する際には、１次コイルから２次コ
イルへの信号あるいは電力の伝送を効率よく行うために
は、１次−２次コイル間の磁気的結合を十分に高くしな
ければならない。すなわち、両コイル間の結合係数を限
りなく１００％に近くなるように、トランスを設計する
必要がある。トランスの結合係数ｋは、ｋ＝Φ21／Φ1
で表される。ここで、Φ1 は１次コイルが作る磁束、Φ
21は１次コイルが作る磁束のうち、２次コイルを鎖交す
る磁束を表す。
クタやトランスの開発が盛んに進められている。このう
ちトランスを平面化する際には、１次コイルから２次コ
イルへの信号あるいは電力の伝送を効率よく行うために
は、１次−２次コイル間の磁気的結合を十分に高くしな
ければならない。すなわち、両コイル間の結合係数を限
りなく１００％に近くなるように、トランスを設計する
必要がある。トランスの結合係数ｋは、ｋ＝Φ21／Φ1
で表される。ここで、Φ1 は１次コイルが作る磁束、Φ
21は１次コイルが作る磁束のうち、２次コイルを鎖交す
る磁束を表す。
【０００４】抵抗分を無視すれば、１次−２次電圧比は
巻数比とｋとの積に比例し、ｋ＝１のとき信号伝送が完
全に行われる。また、各種の損失を無視すれば、１次−
２次電力伝送効率はｋの２乗に比例する。したがって、
わずかな結合係数の低下は電力利用効率を著しく低下さ
せる。このように、トランスの結合係数を高くすること
は、トランスの性能にとって非常に重要である。
巻数比とｋとの積に比例し、ｋ＝１のとき信号伝送が完
全に行われる。また、各種の損失を無視すれば、１次−
２次電力伝送効率はｋの２乗に比例する。したがって、
わずかな結合係数の低下は電力利用効率を著しく低下さ
せる。このように、トランスの結合係数を高くすること
は、トランスの性能にとって非常に重要である。
【０００５】一般的に、トランスの結合係数を高めるに
は、１次コイルが作る磁束の通路と２次コイルが作る磁
束の通路とをなるべく一致させることが必要である。し
かし、平面トランスの場合には磁束分布が複雑であるた
め、このような状況を完全に実現させることは困難であ
る。現在までのところ、１次コイルと２次コイルとの配
置方法に関しては統一的な設計法がなく、いわば試行錯
誤的に決定されているといっても過言ではない。特に、
１次コイルと２次コイルとの巻数又はサイズが大幅に異
なる場合には、トランスの性能という観点から最適なコ
イルの設計法は全く明らかではない。このため、十分に
結合係数の高い平面トランスは未だ実現されていない。
は、１次コイルが作る磁束の通路と２次コイルが作る磁
束の通路とをなるべく一致させることが必要である。し
かし、平面トランスの場合には磁束分布が複雑であるた
め、このような状況を完全に実現させることは困難であ
る。現在までのところ、１次コイルと２次コイルとの配
置方法に関しては統一的な設計法がなく、いわば試行錯
誤的に決定されているといっても過言ではない。特に、
１次コイルと２次コイルとの巻数又はサイズが大幅に異
なる場合には、トランスの性能という観点から最適なコ
イルの設計法は全く明らかではない。このため、十分に
結合係数の高い平面トランスは未だ実現されていない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、平
面トランスは電子回路の小型軽量化に大きく貢献するも
のと期待されているが、結合係数を高める設計方法は知
られておらず、実用化にはほど遠い。本発明の目的は、
結合係数の高い平面トランスを提供することにある。
面トランスは電子回路の小型軽量化に大きく貢献するも
のと期待されているが、結合係数を高める設計方法は知
られておらず、実用化にはほど遠い。本発明の目的は、
結合係数の高い平面トランスを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の平面トランス
は、複数のスパイラル平面コイルを互いに絶縁して積層
し、この積層体の両面に絶縁層及び磁性体層を積層した
平面トランスにおいて、１次スパイラルコイルの巻幅Ｗ
1 と２次スパイラルコイルの巻幅Ｗ2 とがＷ1 ＜Ｗ2 の
関係にある場合、１次スパイラルコイルの内形サイズＡ
i1と２次スパイラルコイルの内形サイズＡi2とを一致さ
せることを特徴とするものである。本発明の他の平面ト
ランスは、複数のスパイラル平面コイルを互いに絶縁し
て積層し、この積層体の両面に絶縁層及び磁性体層を積
層した平面トランスにおいて、１次スパイラルコイルの
巻幅Ｗ1 と２次スパイラルコイルの巻幅Ｗ2 とがＷ1 ＞
Ｗ2 の関係にある場合、１次スパイラルコイルと２次ス
パイラルコイルとの中心軸を一致させ、２次スパイラル
コイルの外形サイズＡo2が１次スパイラルコイルの外形
サイズＡo1以下となるようにし、かつ１次スパイラルコ
イルに流れる電流によって発生する磁性体層内部の磁束
分布が最大となる位置に対応して２次スパイラルコイル
を配置することを特徴とするものである。本発明の平面
トランスの製造方法は特に限定されない。
は、複数のスパイラル平面コイルを互いに絶縁して積層
し、この積層体の両面に絶縁層及び磁性体層を積層した
平面トランスにおいて、１次スパイラルコイルの巻幅Ｗ
1 と２次スパイラルコイルの巻幅Ｗ2 とがＷ1 ＜Ｗ2 の
関係にある場合、１次スパイラルコイルの内形サイズＡ
i1と２次スパイラルコイルの内形サイズＡi2とを一致さ
せることを特徴とするものである。本発明の他の平面ト
ランスは、複数のスパイラル平面コイルを互いに絶縁し
て積層し、この積層体の両面に絶縁層及び磁性体層を積
層した平面トランスにおいて、１次スパイラルコイルの
巻幅Ｗ1 と２次スパイラルコイルの巻幅Ｗ2 とがＷ1 ＞
Ｗ2 の関係にある場合、１次スパイラルコイルと２次ス
パイラルコイルとの中心軸を一致させ、２次スパイラル
コイルの外形サイズＡo2が１次スパイラルコイルの外形
サイズＡo1以下となるようにし、かつ１次スパイラルコ
イルに流れる電流によって発生する磁性体層内部の磁束
分布が最大となる位置に対応して２次スパイラルコイル
を配置することを特徴とするものである。本発明の平面
トランスの製造方法は特に限定されない。
【０００８】薄膜プロセスを利用する場合には、スパッ
タ法、蒸着法、ＣＶＤ法、めっき法などを用いて、各種
の薄膜（磁性体、コイル導体、絶縁体）を形成する。ま
た、コイル導体をパターニングするには、各種ドライエ
ッチング技術（反応性イオンエッチング、イオンビーム
エッチング、ＥＣＲプラズマエッチングなど）、電解液
を用いた湿式エッチング技術、フォトレジストを用いた
リフトオフ技術を利用できる。
タ法、蒸着法、ＣＶＤ法、めっき法などを用いて、各種
の薄膜（磁性体、コイル導体、絶縁体）を形成する。ま
た、コイル導体をパターニングするには、各種ドライエ
ッチング技術（反応性イオンエッチング、イオンビーム
エッチング、ＥＣＲプラズマエッチングなど）、電解液
を用いた湿式エッチング技術、フォトレジストを用いた
リフトオフ技術を利用できる。
【０００９】一方、磁性体として軟磁性箔（アモルファ
ス磁性箔など）を用い、スパイラルコイルの積層体の両
面から絶縁層を介して機械的にサンドイッチして作製し
てもよい。
ス磁性箔など）を用い、スパイラルコイルの積層体の両
面から絶縁層を介して機械的にサンドイッチして作製し
てもよい。
【００１０】以上のように製造方法は適宜選択できる
が、いずれの場合でもスパイラルコイルを形成する際に
は、コイル導体間の結合を大きくするために、コイル導
体間の間隔をできるだけ小さくすることが好ましい。
が、いずれの場合でもスパイラルコイルを形成する際に
は、コイル導体間の結合を大きくするために、コイル導
体間の間隔をできるだけ小さくすることが好ましい。
【００１１】
【作用】スパイラルコイルの巻幅Ｗは、Ｗ＝（Ａo −Ａ
i ）／２ で表される。ここで、Ａo はスパイラルコイルの外形サ
イズ、Ａi は内形サイズである。
i ）／２ で表される。ここで、Ａo はスパイラルコイルの外形サ
イズ、Ａi は内形サイズである。
【００１２】（１）本発明においては、１次スパイラル
コイルの巻幅Ｗ1 と２次スパイラルコイルの巻幅Ｗ2 と
がＷ1 ＜Ｗ2 の関係にある場合、１次スパイラルコイル
の内形サイズＡi1と、２次スパイラルコイルの内形サイ
ズＡi2とを一致させる。
コイルの巻幅Ｗ1 と２次スパイラルコイルの巻幅Ｗ2 と
がＷ1 ＜Ｗ2 の関係にある場合、１次スパイラルコイル
の内形サイズＡi1と、２次スパイラルコイルの内形サイ
ズＡi2とを一致させる。
【００１３】このような平面トランスの概略的な構成を
図１に示す。１次スパイラルコイル１と２次スパイラル
コイル２とは互いに絶縁されて積層され、この積層体の
両面に絶縁層（図示せず）及び磁性体層３が積層されて
いる。１次スパイラルコイル１の巻幅Ｗ1 は２次スパイ
ラルコイル２の巻幅Ｗ2 より小さく、１次スパイラルコ
イルの内形サイズＡi1と２次スパイラルコイルの内形サ
イズＡi2とは等しい。
図１に示す。１次スパイラルコイル１と２次スパイラル
コイル２とは互いに絶縁されて積層され、この積層体の
両面に絶縁層（図示せず）及び磁性体層３が積層されて
いる。１次スパイラルコイル１の巻幅Ｗ1 は２次スパイ
ラルコイル２の巻幅Ｗ2 より小さく、１次スパイラルコ
イルの内形サイズＡi1と２次スパイラルコイルの内形サ
イズＡi2とは等しい。
【００１４】本発明に係る平面トランスにおいて、Ｗ1
／Ｗ2 と結合係数ｋとの関係を図２に示す。この図に
は、１次−２次スパイラルコイルの内形サイズＡi を一
致させた場合（実施例）と、１次−２次スパイラルコイ
ルの外形サイズＡo を一致させた場合（比較例）とを示
す。図２から、１次−２次スパイラルコイルの巻幅比が
１の場合に最も高い結合係数ｋが得られ、Ｗ1 ／Ｗ2 が
小さくなるのに伴ってｋが低下していることがわかる。
そして、１次−２次スパイラルコイルの内形サイズＡi
を一致させた場合には、外形サイズＡo を一致させた場
合に比べてｋの低下がゆるやかであり、Ｗ1 ／Ｗ2 ＜１
の場合でも高い結合係数を保つことができる。
／Ｗ2 と結合係数ｋとの関係を図２に示す。この図に
は、１次−２次スパイラルコイルの内形サイズＡi を一
致させた場合（実施例）と、１次−２次スパイラルコイ
ルの外形サイズＡo を一致させた場合（比較例）とを示
す。図２から、１次−２次スパイラルコイルの巻幅比が
１の場合に最も高い結合係数ｋが得られ、Ｗ1 ／Ｗ2 が
小さくなるのに伴ってｋが低下していることがわかる。
そして、１次−２次スパイラルコイルの内形サイズＡi
を一致させた場合には、外形サイズＡo を一致させた場
合に比べてｋの低下がゆるやかであり、Ｗ1 ／Ｗ2 ＜１
の場合でも高い結合係数を保つことができる。
【００１５】本発明に係る平面トランスにおいて、Ｗ1
／Ｗ2 ＜１の場合に、図３（ａ）に示すように２次スパ
イラルコイルを固定して１次スパイラルコイルの位置を
変化させたとき、１次スパイラルコイルの位置と結合係
数ｋとの関係を図３（ｂ）に示す。図３（ｂ）から、Ａ
i1とＡi2とが等しいとき、最大の結合係数が得られるこ
とがわかる。
／Ｗ2 ＜１の場合に、図３（ａ）に示すように２次スパ
イラルコイルを固定して１次スパイラルコイルの位置を
変化させたとき、１次スパイラルコイルの位置と結合係
数ｋとの関係を図３（ｂ）に示す。図３（ｂ）から、Ａ
i1とＡi2とが等しいとき、最大の結合係数が得られるこ
とがわかる。
【００１６】（２）本発明においては、１次スパイラル
コイルの巻幅Ｗ1 と２次スパイラルコイルの巻幅Ｗ2 と
がＷ1 ＞Ｗ2 の関係にある場合、１次スパイラルコイル
と２次スパイラルコイルとの中心軸を一致させ、２次ス
パイラルコイルの外形サイズＡo2が１次スパイラルコイ
ルの外形サイズＡo1以下となるようにし、かつ１次スパ
イラルコイルに流れる電流によって発生する磁性体層内
部の磁束分布が最大となる位置に対応して２次スパイラ
ルコイルを配置する。
コイルの巻幅Ｗ1 と２次スパイラルコイルの巻幅Ｗ2 と
がＷ1 ＞Ｗ2 の関係にある場合、１次スパイラルコイル
と２次スパイラルコイルとの中心軸を一致させ、２次ス
パイラルコイルの外形サイズＡo2が１次スパイラルコイ
ルの外形サイズＡo1以下となるようにし、かつ１次スパ
イラルコイルに流れる電流によって発生する磁性体層内
部の磁束分布が最大となる位置に対応して２次スパイラ
ルコイルを配置する。
【００１７】このような平面トランスの概略的な構成を
図４（ａ）に示す。１次スパイラルコイル１と２次スパ
イラルコイル２とは互いに絶縁されて積層され、この積
層体の両面に絶縁層（図示せず）及び磁性体層３が積層
されている。１次スパイラルコイル１と２次スパイラル
コイル２との中心軸は一致しており、２次スパイラルコ
イル２の外形サイズＡo2が１次スパイラルコイル１の外
形サイズＡo1より小さい。そして、１次スパイラルコイ
ル１に流れる電流によって発生する磁性体層３内部の磁
束分布が最大となる位置（図４（ｂ）図示）に対応し
て、２次スパイラルコイル２が配置されている。
図４（ａ）に示す。１次スパイラルコイル１と２次スパ
イラルコイル２とは互いに絶縁されて積層され、この積
層体の両面に絶縁層（図示せず）及び磁性体層３が積層
されている。１次スパイラルコイル１と２次スパイラル
コイル２との中心軸は一致しており、２次スパイラルコ
イル２の外形サイズＡo2が１次スパイラルコイル１の外
形サイズＡo1より小さい。そして、１次スパイラルコイ
ル１に流れる電流によって発生する磁性体層３内部の磁
束分布が最大となる位置（図４（ｂ）図示）に対応し
て、２次スパイラルコイル２が配置されている。
【００１８】本発明に係る平面トランスにおいて、Ｗ1
／Ｗ2 ＞１の場合に、図５（ａ）に示すように１次スパ
イラルコイルを固定して２次スパイラルコイルの位置を
変化させたとき、２次スパイラルコイルの位置と結合係
数ｋとの関係を図５（ｂ）に示す。図５（ｂ）には、１
次スパイラルコイル１に流れる電流によって発生する磁
性体層３内部の磁束の分布も示す。図５（ｂ）から、磁
性体層３内部の磁束分布が最大となる位置に対応して２
次スパイラルコイル２を配置したとき、最大の結合係数
が得られることがわかる。
／Ｗ2 ＞１の場合に、図５（ａ）に示すように１次スパ
イラルコイルを固定して２次スパイラルコイルの位置を
変化させたとき、２次スパイラルコイルの位置と結合係
数ｋとの関係を図５（ｂ）に示す。図５（ｂ）には、１
次スパイラルコイル１に流れる電流によって発生する磁
性体層３内部の磁束の分布も示す。図５（ｂ）から、磁
性体層３内部の磁束分布が最大となる位置に対応して２
次スパイラルコイル２を配置したとき、最大の結合係数
が得られることがわかる。
【００１９】１次スパイラルコイル１に流れる電流によ
って発生する磁性体層３内部の磁束分布が最大となる位
置は、以下に示す（式１）〜（式４）により求められ
る。これらの式中の各パラメータを図６を参照して説明
する。
って発生する磁性体層３内部の磁束分布が最大となる位
置は、以下に示す（式１）〜（式４）により求められ
る。これらの式中の各パラメータを図６を参照して説明
する。
【００２０】磁性体層に関して、Ｗm はサイズ、ｔm は
厚さ、μs は比透磁率、ｇは両面の磁性体層間のギャッ
プを示す。両面の磁性体層間に、コイル導体がスパイラ
ル状に巻かれて１次スパイラルコイルを構成している。
１次スパイラルコイルに関して、δはコイル導体幅、ｓ
はコイル導体間の間隔、Ａo は外形サイズ、Ａi は内形
サイズを示す。第６図の磁性体層の左端を０とし、磁性
体層の表面に沿って右側に向かってＸ軸をとり、磁性体
層内部の面内位置を表す。１次スパイラルコイルは、中
心軸に対して左右それぞれにコイル導体の断面がＮ個あ
り、中心軸に対して左側のコイル導体の断面の左端をＸ
k 、中心軸に対して右側のコイル導体の断面の左端をＸ
k ´とする。したがって、Ｘk 及びＸk´の座標はＸk
＝（Ｗm −Ａ0 ）／２＋（ｋ−１）（δ＋ｓ） Ｘk ´＝ＸN ＋δ＋Ａi ＋（ｋ−１）（δ＋ｓ） と表される。
厚さ、μs は比透磁率、ｇは両面の磁性体層間のギャッ
プを示す。両面の磁性体層間に、コイル導体がスパイラ
ル状に巻かれて１次スパイラルコイルを構成している。
１次スパイラルコイルに関して、δはコイル導体幅、ｓ
はコイル導体間の間隔、Ａo は外形サイズ、Ａi は内形
サイズを示す。第６図の磁性体層の左端を０とし、磁性
体層の表面に沿って右側に向かってＸ軸をとり、磁性体
層内部の面内位置を表す。１次スパイラルコイルは、中
心軸に対して左右それぞれにコイル導体の断面がＮ個あ
り、中心軸に対して左側のコイル導体の断面の左端をＸ
k 、中心軸に対して右側のコイル導体の断面の左端をＸ
k ´とする。したがって、Ｘk 及びＸk´の座標はＸk
＝（Ｗm −Ａ0 ）／２＋（ｋ−１）（δ＋ｓ） Ｘk ´＝ＸN ＋δ＋Ａi ＋（ｋ−１）（δ＋ｓ） と表される。
【００２１】そして、（式１）〜（式４）は１次スパイ
ラルコイルに流れる電流によって発生する磁性体層内部
の磁束を表し、（式１）は磁性体層の左端から最も１番
目のコイル導体の断面の左端Ｘ1 までに対応する磁性体
層内部の磁束、（式２）はコイル導体の幅に対応する位
置における磁性体層内部の磁束、（式３）はコイル導体
間の間隙に対応する位置における磁性体層内部の磁束、
（式４）はＮ番目のコイル導体の断面の右端ＸN から磁
性体層の中心部までに対応する磁性体層内部の磁束を表
す。
ラルコイルに流れる電流によって発生する磁性体層内部
の磁束を表し、（式１）は磁性体層の左端から最も１番
目のコイル導体の断面の左端Ｘ1 までに対応する磁性体
層内部の磁束、（式２）はコイル導体の幅に対応する位
置における磁性体層内部の磁束、（式３）はコイル導体
間の間隙に対応する位置における磁性体層内部の磁束、
（式４）はＮ番目のコイル導体の断面の右端ＸN から磁
性体層の中心部までに対応する磁性体層内部の磁束を表
す。
【００２２】また、各式において、Ｖi (x) は各コイル
導体の幅に対応する位置における磁束成分を表す関数、
Ｗi (x) は中心軸より左側に位置する各コイル導体の左
側における磁束成分を表す関数、Ｗi´(x) は中心軸よ
り右側に位置する各コイル導体の左側における磁束成分
を表す関数、Ｕi (x) は中心軸より左側に位置する各コ
イル導体の右側における磁束成分を表す関数である。
導体の幅に対応する位置における磁束成分を表す関数、
Ｗi (x) は中心軸より左側に位置する各コイル導体の左
側における磁束成分を表す関数、Ｗi´(x) は中心軸よ
り右側に位置する各コイル導体の左側における磁束成分
を表す関数、Ｕi (x) は中心軸より左側に位置する各コ
イル導体の右側における磁束成分を表す関数である。
【００２３】
【数１】
【００２４】
【数２】 以上のように本発明では、１次スパイラルコイルと２次
スパイラルコイルとの配置を規定することにより、結合
係数の高い平面トランスを得ることができる。
スパイラルコイルとの配置を規定することにより、結合
係数の高い平面トランスを得ることができる。
【００２５】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。 実施例１
【００２６】シリコン基板の表面を熱酸化し、この上に
ＲＦスパッタ法により膜厚２μｍのＣｏＺｒＮｂ非晶質
膜を形成し、更に膜厚１μｍのＳｉＯ2 膜を形成した。
この上にＤＣマグネトロンスパッタリング法によりコイ
ル導体となる膜厚１０μｍのＡｌＣｕ合金膜を形成し、
更にＲＦスパッタ法により膜厚１μｍのＳｉＯ2 膜を形
成した。このＳｉＯ2 膜をスパイラルコイル状にパター
ニングした後、これをマスクとしてＡｌＣｕ合金膜をス
パイラルコイル状にパターニングした。下部スパイラル
コイル（２次コイル）は、コイル導体幅１００μｍ、コ
イル導体間間隔５μｍ、内径１ｍｍ、外径５．５ｍｍ、
巻数２０である。
ＲＦスパッタ法により膜厚２μｍのＣｏＺｒＮｂ非晶質
膜を形成し、更に膜厚１μｍのＳｉＯ2 膜を形成した。
この上にＤＣマグネトロンスパッタリング法によりコイ
ル導体となる膜厚１０μｍのＡｌＣｕ合金膜を形成し、
更にＲＦスパッタ法により膜厚１μｍのＳｉＯ2 膜を形
成した。このＳｉＯ2 膜をスパイラルコイル状にパター
ニングした後、これをマスクとしてＡｌＣｕ合金膜をス
パイラルコイル状にパターニングした。下部スパイラル
コイル（２次コイル）は、コイル導体幅１００μｍ、コ
イル導体間間隔５μｍ、内径１ｍｍ、外径５．５ｍｍ、
巻数２０である。
【００２７】下部スパイラルコイルのコイル導体間及び
コイル導体上部にポリイミド膜を形成し、エッチバック
法を用いて平坦化した。この上に前述した方法により膜
厚１０μｍのＡｌＣｕ合金膜及び膜厚１μｍのＳｉＯ2
膜を形成し、これらをスパイラルコイル状にパターニン
グした。上部スパイラルコイル（１次コイル）は、コイ
ル導体幅１００μｍ、コイル導体間間隔５μｍ、内径１
ｍｍ、外径３．３ｍｍ、巻数１０である。
コイル導体上部にポリイミド膜を形成し、エッチバック
法を用いて平坦化した。この上に前述した方法により膜
厚１０μｍのＡｌＣｕ合金膜及び膜厚１μｍのＳｉＯ2
膜を形成し、これらをスパイラルコイル状にパターニン
グした。上部スパイラルコイル（１次コイル）は、コイ
ル導体幅１００μｍ、コイル導体間間隔５μｍ、内径１
ｍｍ、外径３．３ｍｍ、巻数１０である。
【００２８】上部スパイラルコイルのコイル導体間及び
コイル導体上部にポリイミド膜を形成し、エッチバック
法を用いて平坦化した。この上に膜厚２μｍのＣｏＺｒ
Ｎｂ非晶質膜を形成し、平面トランスを作製した。この
平面トランスは、外形サイズ６ｍｍ、厚さは基板も含め
て０．６ｍｍ程度である。前述したようにスパイラルコ
イルの巻幅に関してはＷ1 ＜Ｗ2 であり、両者のスパイ
ラルコイルの内形サイズを一致させている。
コイル導体上部にポリイミド膜を形成し、エッチバック
法を用いて平坦化した。この上に膜厚２μｍのＣｏＺｒ
Ｎｂ非晶質膜を形成し、平面トランスを作製した。この
平面トランスは、外形サイズ６ｍｍ、厚さは基板も含め
て０．６ｍｍ程度である。前述したようにスパイラルコ
イルの巻幅に関してはＷ1 ＜Ｗ2 であり、両者のスパイ
ラルコイルの内形サイズを一致させている。
【００２９】上部スパイラルコイルを１次コイル、下部
スパイラルコイルを２次コイルとして電気特性を評価し
た。その結果、周波数５ＭＨｚで１次インダクタンスが
約０．９μＨ、２次インダクタンスが約４μＨ、相互イ
ンダクタンスが１．８μＨであり、１次−２次結合係数
は約０．９５と見積もられた。このように結合係数の高
い薄膜型昇圧トランスが得られた。 実施例２
スパイラルコイルを２次コイルとして電気特性を評価し
た。その結果、周波数５ＭＨｚで１次インダクタンスが
約０．９μＨ、２次インダクタンスが約４μＨ、相互イ
ンダクタンスが１．８μＨであり、１次−２次結合係数
は約０．９５と見積もられた。このように結合係数の高
い薄膜型昇圧トランスが得られた。 実施例２
【００３０】実施例１と全く同一の方法で薄膜型降圧ト
ランスを作製した。１次スパイラルコイルは内径１ｍ
ｍ、外径５．５ｍｍ、巻数２０、２次スパイラルコイル
は内径２．２ｍｍ、外径４．５ｍｍ、巻数１０とした。
この場合、スパイラルコイルの巻幅に関してはＷ1 ＞Ｗ
2 である。予め（式１）〜（式４）に従って、１次スパ
イラルコイルに流れる電流によって発生する磁性体層内
部の磁束分布が最大となる位置を計算により求め、この
位置に対応して２次スパイラルコイルが配置されるよう
に、２次スパイラルコイルの内径及び外径を設定した。
この降圧トランスでは、１次−２次結合係数は約０．９
であった。 実施例３
ランスを作製した。１次スパイラルコイルは内径１ｍ
ｍ、外径５．５ｍｍ、巻数２０、２次スパイラルコイル
は内径２．２ｍｍ、外径４．５ｍｍ、巻数１０とした。
この場合、スパイラルコイルの巻幅に関してはＷ1 ＞Ｗ
2 である。予め（式１）〜（式４）に従って、１次スパ
イラルコイルに流れる電流によって発生する磁性体層内
部の磁束分布が最大となる位置を計算により求め、この
位置に対応して２次スパイラルコイルが配置されるよう
に、２次スパイラルコイルの内径及び外径を設定した。
この降圧トランスでは、１次−２次結合係数は約０．９
であった。 実施例３
【００３１】厚さ７０μｍの銅箔と厚さ１０μｍのポリ
イミドシートとを重ねて巻き回した後、絶縁性樹脂で固
めた。これを厚さ５００μｍにスライスしてスパイラル
パターンを有する外径９ｍｍ、内径４ｍｍ、巻数３０の
平面コイル（２次コイル）を作製した。同じ方法で、外
径６．５ｍｍ、内径４ｍｍ、巻数１５の平面コイル（１
次コイル）を作製した。両コイル間に厚さ７μｍのポリ
イミドシートを挟み、更に積層コイルの両面にそれぞれ
厚さ７μｍのポリイミドシート及びＣｏ系アモルファス
箔を設けて平面トランスを作製した。この平面トランス
は、外形サイズ１０ｍｍ、厚さ約１ｍｍである。前述し
たようにスパイラルコイルの巻幅に関してはＷ1 ＜Ｗ2
であり、両者のスパイラルコイルの内形サイズを一致さ
せている。
イミドシートとを重ねて巻き回した後、絶縁性樹脂で固
めた。これを厚さ５００μｍにスライスしてスパイラル
パターンを有する外径９ｍｍ、内径４ｍｍ、巻数３０の
平面コイル（２次コイル）を作製した。同じ方法で、外
径６．５ｍｍ、内径４ｍｍ、巻数１５の平面コイル（１
次コイル）を作製した。両コイル間に厚さ７μｍのポリ
イミドシートを挟み、更に積層コイルの両面にそれぞれ
厚さ７μｍのポリイミドシート及びＣｏ系アモルファス
箔を設けて平面トランスを作製した。この平面トランス
は、外形サイズ１０ｍｍ、厚さ約１ｍｍである。前述し
たようにスパイラルコイルの巻幅に関してはＷ1 ＜Ｗ2
であり、両者のスパイラルコイルの内形サイズを一致さ
せている。
【００３２】この平面トランスの電気特性を評価した結
果、１次インダクタンスが約３０μＨ、２次インダクタ
ンスが約７μＨ、相互インダクタンスが１３．５μＨで
あり、１次−２次結合係数は約０．９３であった。この
ように高い１次−２次結合係数を有する平面型の昇圧ト
ランスが得られた。 実施例４
果、１次インダクタンスが約３０μＨ、２次インダクタ
ンスが約７μＨ、相互インダクタンスが１３．５μＨで
あり、１次−２次結合係数は約０．９３であった。この
ように高い１次−２次結合係数を有する平面型の昇圧ト
ランスが得られた。 実施例４
【００３３】実施例３と全く同一の方法で降圧トランス
を作製した。１次スパイラルコイルは外径９ｍｍ、内径
４ｍｍ、巻数３０、２次スパイラルコイルは外径８ｍ
ｍ、内径５．５ｍｍ、巻数１５とした。この場合、スパ
イラルコイルの巻幅に関してはＷ1 ＞Ｗ2 である。予め
（式１）〜（式４）に従って、１次スパイラルコイルに
流れる電流によって発生する磁性体層内部の磁束分布が
最大となる位置を計算により求め、この位置に対応して
２次スパイラルコイルが配置されるように、２次スパイ
ラルコイルの内径及び外径を設定した。この降圧トラン
スでは、１次−２次結合係数は０．９２であった。
を作製した。１次スパイラルコイルは外径９ｍｍ、内径
４ｍｍ、巻数３０、２次スパイラルコイルは外径８ｍ
ｍ、内径５．５ｍｍ、巻数１５とした。この場合、スパ
イラルコイルの巻幅に関してはＷ1 ＞Ｗ2 である。予め
（式１）〜（式４）に従って、１次スパイラルコイルに
流れる電流によって発生する磁性体層内部の磁束分布が
最大となる位置を計算により求め、この位置に対応して
２次スパイラルコイルが配置されるように、２次スパイ
ラルコイルの内径及び外径を設定した。この降圧トラン
スでは、１次−２次結合係数は０．９２であった。
【００３４】
【発明の効果】以上詳述したように本発明の平面トラン
スは、１次及び２次スパイラルコイルの相対位置を最適
化することにより、昇圧、降圧のいずれの場合でも結合
係数を高くすることができ、性能を向上させる効果が極
めて大きい。
スは、１次及び２次スパイラルコイルの相対位置を最適
化することにより、昇圧、降圧のいずれの場合でも結合
係数を高くすることができ、性能を向上させる効果が極
めて大きい。
【図１】本発明に係る平面トランスの概略的な構成を示
す図。
す図。
【図２】平面トランスを構成するスパイラルコイルの巻
幅の比Ｗ1 ／Ｗ2 と結合係数ｋとの関係を示す特性図。
幅の比Ｗ1 ／Ｗ2 と結合係数ｋとの関係を示す特性図。
【図３】（ａ）は２次スパイラルコイルを固定して１次
スパイラルコイルの位置を変化させる状態を示す説明
図、（ｂ）は１次スパイラルコイルの位置と結合係数ｋ
との関係を示す特性図。
スパイラルコイルの位置を変化させる状態を示す説明
図、（ｂ）は１次スパイラルコイルの位置と結合係数ｋ
との関係を示す特性図。
【図４】（ａ）は本発明に係る平面トランスの概略的な
構成を示す図、（ｂ）は１次スパイラルコイルに流れる
電流によって発生する磁性体層内部の磁束分布を示す
図。
構成を示す図、（ｂ）は１次スパイラルコイルに流れる
電流によって発生する磁性体層内部の磁束分布を示す
図。
【図５】（ａ）は１次スパイラルコイルを固定して２次
スパイラルコイルの位置を変化させる状態を示す説明
図、（ｂ）は２次スパイラルコイルの位置と結合係数ｋ
との関係を示す特性図。
スパイラルコイルの位置を変化させる状態を示す説明
図、（ｂ）は２次スパイラルコイルの位置と結合係数ｋ
との関係を示す特性図。
【図６】１次スパイラルコイルに流れる電流によって発
生する磁性体層内部の磁束分布を計算する際に用いられ
るパラメータを示す説明図。
生する磁性体層内部の磁束分布を計算する際に用いられ
るパラメータを示す説明図。
【符号の説明】 １…１次スパイラルコイル、２…２次スパイラルコイ
ル、３…磁性体層。
ル、３…磁性体層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01F 27/28 H01F 19/00
Claims (4)
- 【請求項１】 複数のスパイラル平面コイルを互いに絶
縁して積層し、この積層体の両面に絶縁層及び磁性体層
を積層した平面トランスにおいて、１次スパイラルコイ
ルの巻幅Ｗ1 と２次スパイラルコイルの巻幅Ｗ2 とがＷ
1 ＜Ｗ2 の関係にある場合、１次スパイラルコイルの内
形サイズＡi1と２次スパイラルコイルの内形サイズＡi2
とを一致させることを特徴とする平面トランス。 - 【請求項２】 複数のスパイラル平面コイルを互いに絶
縁して積層し、この積層体の両面に絶縁層及び磁性体層
を積層した平面トランスにおいて、１次スパイラルコイ
ルの巻幅Ｗ1 と２次スパイラルコイルの巻幅Ｗ2 とがＷ
1 ＞Ｗ2 の関係にある場合、１次スパイラルコイルと２
次スパイラルコイルとの中心軸を一致させ、２次スパイ
ラルコイルの外形サイズＡo2が１次スパイラルコイルの
外形サイズＡo1以下となるようにし、かつ１次スパイラ
ルコイルに流れる電流によって発生する磁性体層内部の
磁束分布が最大となる位置に対応して２次スパイラルコ
イルを配置することを特徴とする平面トランス。 - 【請求項３】 １次スパイラルコイルと２次スパイラル
コイルとの積層体の両面を、それぞれ絶縁層を介して軟
磁性箔で挟んだことを特徴とする請求項１または２記載
の平面トランス。 - 【請求項４】 半導体基板上に積層されていることを特
徴とする請求項１または２記載の平面トランス。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3130010A JP2941484B2 (ja) | 1991-05-31 | 1991-05-31 | 平面トランス |
| EP92304843A EP0516415B1 (en) | 1991-05-31 | 1992-05-28 | Planar transformer |
| DE69208525T DE69208525T2 (de) | 1991-05-31 | 1992-05-28 | Flachtransformateur |
| KR1019920009463A KR970004420B1 (ko) | 1991-05-31 | 1992-05-29 | 평면 변압기 |
| US08/209,365 US5430424A (en) | 1991-05-31 | 1994-03-14 | Planar transformer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3130010A JP2941484B2 (ja) | 1991-05-31 | 1991-05-31 | 平面トランス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04354313A JPH04354313A (ja) | 1992-12-08 |
| JP2941484B2 true JP2941484B2 (ja) | 1999-08-25 |
Family
ID=15023920
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3130010A Expired - Fee Related JP2941484B2 (ja) | 1991-05-31 | 1991-05-31 | 平面トランス |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5430424A (ja) |
| EP (1) | EP0516415B1 (ja) |
| JP (1) | JP2941484B2 (ja) |
| KR (1) | KR970004420B1 (ja) |
| DE (1) | DE69208525T2 (ja) |
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| TW282594B (ja) * | 1994-06-30 | 1996-08-01 | Yokogawa Electric Corp | |
| JP3152088B2 (ja) * | 1994-11-28 | 2001-04-03 | 株式会社村田製作所 | コイル部品の製造方法 |
| FR2730850B1 (fr) * | 1995-02-17 | 1997-03-14 | Electro Mec Nivernais | Transformateur haute tension |
| JP3725599B2 (ja) * | 1995-09-07 | 2005-12-14 | 株式会社東芝 | 平面型磁気素子 |
| JPH0983104A (ja) * | 1995-09-12 | 1997-03-28 | Murata Mfg Co Ltd | コイル内蔵回路基板 |
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