JP3003385B2 - 平面インダクタンス部品 - Google Patents

平面インダクタンス部品

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JP3003385B2 JP4111190A JP11119092A JP3003385B2 JP 3003385 B2 JP3003385 B2 JP 3003385B2 JP 4111190 A JP4111190 A JP 4111190A JP 11119092 A JP11119092 A JP 11119092A JP 3003385 B2 JP3003385 B2 JP 3003385B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は平面インダクタ、平面ト
ランス等の平面インダクタンス部品に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】近年、電子機器の小型化、薄型化が進め
られており、インダクタ、トランスにもより一層の小型
化が求められている。現在、上記目的を達成するための
ものとして、平面コイルと強磁性体層を積層した平面イ
ンダクタ、平面トランスが提案されている。
【0003】以下、従来の平面インダクタについて説明
する。図4(a)は従来のスパイラル状導体コイルを用
いた平面インダクタの一部透視平面図、図4(b)は図
4(a)のK−K線による断面図である。
【0004】図4(a),(b)を用いて説明すると、
強磁性体層1aの上に絶縁体層2aを介してスパイラル
状導体コイル3および入出力端子4a,4bが形成され
ている。このスパイラル状導体コイル3上に絶縁体層2
bが形成され、絶縁体層2bに形成されたスルーホール
5から引出し電極6が引き出され、入出力端子4bにつ
ながっている。さらにスパイラル状導体コイル3および
引出し電極6を覆うように絶縁体層2b上に絶縁体層2
cが形成され、その上に強磁性体層1bが形成された構
成になっている。なお、説明の都合上、図4(a)にお
いては強磁性体層1bおよび絶縁体層2b,2cを透視
してスパイラル状導体コイル3および引出し電極6のみ
が見える図とした。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の平面インダクタの構成では、スパイラル状導体コイ
ル3の上方にそれをまたぐ引出し電極6を設ける必要が
あるため作製プロセスが複雑となり、強磁性体層1a,
1bの間隔が自由に制御できず磁気回路の設計に制約が
生じるという問題点がある。
【0006】また、インダクタンス部品では損失を少な
くし、Q値を上げるためできるだけ抵抗値を下げる必要
がある。しかし、高周波で駆動する場合、表皮効果が顕
著になるため、スパイラル状導体コイル3の幅や厚みを
増やしても、表皮効果以上の厚みでは抵抗を下げる効果
が少なくなる。
【0007】本発明は上記問題点を解決するもので、作
製が容易で低損失の平面インダクタンス部品を提供する
ことを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の平面インダクタンス部品は、基板上に設けた
スパイラル状の導体コイルを平行な複数本の導体からな
る構成とする。さらには、この導体コイルの形状を、ス
パイラル形状の一部を突出させてその突出部の内側に導
体コイルの一端を配した形状とする。
【0009】
【作用】この構成によれば、複数本の互いに平行な導体
がスパイラル状に巻かれた構成であるため表皮効果が有
効に働き、高周波領域において損失が小さくなる。ま
た、導体コイルに突出部を設けてその内側に導体の一端
を配しているため、その一端と入出力端子との接続がワ
イヤーでできるなど作製が容易となり、さらに導体コイ
ルを挟む強磁性体層間に引出し電極を設ける必要がない
ので強磁性体層間の間隔を自由に設定することができ
る。
【0010】
【実施例】以下、本発明の一実施例における平面インダ
クタンス部品として、平面インダクタを例にとって図面
を参照しながら説明する。
【0011】(実施例1)図1(a)は本発明の第1の
実施例における平面インダクタの一部透視平面図、図1
(b)は図1(a)のA−A線における断面図、図1
(c)は図1(a)のB−B線における断面図である。
なお、本実施例におけるインダクタは1〜10MHzの周
波数で使用することを前提に作製したものである。
【0012】図1(a),(b),(c)を用いて説明
すると、Ni−Zn系フェライト粉を焼結させて形成し
た厚さ300μmのフェライト板11a上に、厚さ15
μmのアルミニウム膜からなる2本1組の凸型形状のス
パイラル状導体コイル12と、このスパイラル状導体コ
イル12の内側端15と外側端にそれぞれ接続される入
出力端子13a,13bが形成されている。スパイラル
状導体コイル12は4本の線が引き回されているが、内
側端15と外側端において隣接する2本が並列に接続さ
れている。そしてスパイラル状導体コイル12にはその
上にフェライト板11bが形成されている。
【0013】また前記内側端15と入出力端子13aと
の間に位置するスパイラル状導体コイル12はフェライ
ト板11bの外側に突出させて突出部14が形成されて
いる。また内側端15は金ワイヤー16により入出力端
子13aと接続されている。この接続はワイヤーボンデ
ィング法により容易に行える。本実施例において導体材
料としてアルミニウムを用いたのはワイヤーボンディン
グを容易にするためである。
【0014】なお、ワイヤーボンディングを容易にする
ためには、表面が金またはアルミニウムであればよい。
さらに、突出部14の金ワイヤー16が接続されている
部分を露出させるように厚さ300μmのフェライト板
11bがスパイラル状導体コイル12上に密着してい
る。なお、説明の都合上、図1(a)においてはフェラ
イト板11bの下にスパイラル状導体コイル12が見え
る図とした。
【0015】このようにフォトリソプロセスに比べ簡便
なワイヤーボンディング法により内側端15と入出力端
子13aの接続ができ、フェライト板11a,11bが
スパイラル状導体コイル12を密着して挟める単純な構
造が取れるのも、突出部14が形成されているためであ
る。また、フェライト板11a,11bの間隔を最小限
にすることができるので磁気抵抗が小さくなり、大きな
インダクタンスが得られる。本実施例においては強磁性
体層としてフェライト板11a,11bを用いている
が、少なくとも表面が絶縁性を持つ強磁性体層であれば
同様の構成がとれることは当然である。
【0016】本実施例におけるスパイラル状導体コイル
12の大きさを説明すると、線幅は50μm、線間隔は
10μm、B−B線方向における大きさは3000μ
m、B−B線に対し垂直で突出部14を通らない直線方
向における大きさが3000μmである。突出部14の
幅は線幅および線間隔から計算されるように350μm
となる。すなわち、本発明におけるスパイラル状導体コ
イル12はB−B線方向における幅が突出部14の幅よ
りも大きければよい。また、形状も凸型に限定されるも
のではなく、円形や楕円形でも同様の構成はとれるもの
である。
【0017】本実施例においてスパイラル状導体コイル
12の線幅を50μmとしたのは1〜10MHzにおける
アルミニウムの表皮深さが27〜84μmになるためで
ある。抵抗率が低く、電極として適している金属はA
l,Cu,Au,Ag等であるが、これら1〜10MHz
における電流の表皮深さは20〜90μmである。よっ
て、線幅を20〜90μmとし、隣接する導線を複数並
列接続すれば、表皮効果による損失を低減させることが
できる。また、隣接する導線を並列接続にしているの
は、作製を容易にするためと結合係数kを1に近づける
ためである。インダクタンス値L1のインダクタを並列
接続した時のインダクタンス値L2はL2=(k+1)×
1/2となる。すなわち、kが1に近いほど大きなイ
ンダクタンスを得ることができる。
【0018】なお、本実施例においては内側端15と入
出力端子13bの接続はワイヤーボンディングにより行
われているが、他の方法で接続しても本実施例の特徴が
失われるものではないのは当然である。
【0019】(実施例2)図2(a)は本発明の第2の
実施例における平面インダクタの一部透視平面図、図2
(b)は図2(a)のC−C線における断面図、図2
(c)は図2(a)のD−D線における断面図、図2
(d)は図2(a)のE−E線における断面図である。
【0020】図2(a),(b),(c),(d)を用
いて本実施例の平面インダクタの構成を説明する。厚さ
300μmのNi−Zn系のフェライト板21a上に厚
さ8μmのSiO2からなる非強磁性絶縁層22が形成
されており、その上に実施例1と同じ材質、形状、寸法
を持つスパイラル状導体コイル23とこのスパイラル状
導体コイル23の内側端26と外側端にそれぞれ接続さ
れる入出力端子24a,24bが形成されている。その
スパイラル状導体コイル23を囲むように、厚みFが3
00μmのNi−Zn系フェライト板21bが非強磁性
絶縁層22と密着して形成されている。ただし、スパイ
ラル状導体コイル23とフェライト板21bは接触して
いない。また、内側端26と入出力端子24aとの間に
位置するスパイラル状導体コイル23はフェライト板2
1bの外側に突出させて突出部25が形成されている。
また内側端26は金ワイヤー27により入出力端子24
aと接続されている。
【0021】このような構成にするとフェライト板21
a,21b間のギャップをスパイラル状導体コイル23
の厚みより小さくすることができ、実施例1の構成に比
べ磁気抵抗が小さくなり、より大きいインダクタンスを
得ることができる。また、実施例1と同じコイル形状な
ので作製が容易で高周波における損失が少ないのは本実
施例の場合も同様である。さらに、厚みGと厚みHが同
じにできるので、フェライト板21bの加工が簡単にな
る。
【0022】非強磁性絶縁層22の厚さは動作時の磁束
密度を考慮して任意に設定することができる。本実施例
においては非強磁性絶縁層22にSiO2を用いている
が、非強磁性の絶縁層であれば他の材料も用いることが
できるのは当然である。
【0023】また、本実施例において用いられているN
i−Zn系のフェライト板21a,21bは抵抗率が1
×106Ω・m以上あるので絶縁体とみなすことがで
き、スパイラル状導体コイル23、フェライト板21
a,21bの間の浮遊容量はほとんど無く、共振周波数
が高くなる。金属系の導電率の高い強磁性体でも本実施
例と同じ構成はとれるが、導体コイル、上部強磁性体
層、下部強磁性体層の間の浮遊容量が大きくなり、共振
周波数は低くなる。
【0024】(実施例3)図3(a)は本発明の第3の
実施例における平面インダクタの一部透視平面図、図3
(b)は図3(a)のI−I線における断面図、図3
(c)は図3(a)のJ−J線における断面図である。
【0025】図3(a),(b),(c)を用いて本実
施例の平面インダクタの構成を説明する。厚さ300μ
mのNi−Zn系のフェライト板からなる強磁性体層3
1a上に化学的気相成長法によりSiONからなる厚さ
4μmの非強磁性絶縁層32aが形成されており、その
上に厚さ15μmのアルミニウム膜からなる導体コイル
33および入出力端子34a,34bが形成されてい
る。導体コイル33は角型のスパイラル形状の一部を凹
ませた凹型の形状である。導体コイル33の線幅は50
μmである。線間隔は隣接し電流の流れる向きが同じで
ある導線間は10μm、隣接し電流の流れる向きが逆で
ある導線間は600μmである。導体コイル33も図1
の場合と同様、電極引出しのための突出部35が形成さ
れている。
【0026】突出部35の内部にある内側端36は金ワ
イヤー37により実施例1と同様の方法で入出力端子3
4bと接続されている。突出部35の金ワイヤー37が
露出するように化学的気相成長法により厚さ4μmのS
iONからなる非強磁性絶縁層32bと厚さ20μmの
Ni−Zn系フェライトからなる強磁性体層31bが導
体コイル33を囲むように形成されている。隣接し電流
の流れる向きが同じである導線間には導線と同じ厚みの
ポリイミド膜38が形成されている。ポリイミドは非強
磁性の絶縁体なので、この部分の透磁率は低く、磁束の
漏れは少ない。化学的気相成長法は段差被覆性の良い成
膜法なので図3(b)のように導体コイル33を囲むよ
うに均一な厚みで非強磁性絶縁層32bと強磁性体層3
1bを成膜できる。また、上下の強磁性体層31a,3
1bを絶縁性の良いNi−Zn系フェライトにしたの
は、実施例2の場合と同様、強磁性体層31a,31
b、導体コイル33の間の浮遊容量を小さくするためで
ある。
【0027】本実施例においては薄膜プロセスにより強
磁性体層31b、非強磁性絶縁層32a,32bを形成
しているので、強磁性体層31bと31aの間隔、導体
コイル33と強磁性体層31a,31bの間隔を再現性
よく作成することができ、磁気回路を高い精度で設計で
きる。非強磁性絶縁層32a,32bの厚さは動作磁束
密度や損失を考慮して任意に設定でき、実施例2と同
様、導体コイル33の厚さに制約はされない。また、実
施例2に比べ薄いインダクタンス部品を作ることが可能
である。本実施例で下部の強磁性体層31aとして厚さ
300μmのフェライト板を用いているのは、ガラス基
板を用いても同程度の厚みは必要であるためと、作製コ
ストが高くつく化学的気相成長法による膜の形成を強磁
性体層31bだけとするためである。もちろん、強磁性
体層31aも化学的気相成長法などの薄膜プロセスによ
り形成し、超小型化、集積化を図るのも可能である。
【0028】なお、説明の都合上、図3(a)において
は強磁性体層31bの下に導体コイル33のみが見える
図とした。導体コイル33のサイズはJ−J線方向にお
ける大きさが2240μm、J−J線方向に対して垂直
で突出部35を通らない直線方向における大きさが34
00μm、突出部35のI−I線に対し垂直な方向の長
さは170μmである。
【0029】次に、導体コイル33を凹型形状にした理
由は、強磁性体層31bが20μmと薄いためである。
強磁性体層31a,31b中を流れる磁束が1/eに減
衰する長さ、いわゆる特性長をλとすると、λは(数
1)と表すことが出来ることが知られている。
【0030】
【数1】
【0031】ここで、μrは強磁性体層31a,31b
の比透磁率、gは強磁性体層31a,31bのギャッ
プ、t1は強磁性体層31aの厚み、t2は強磁性体層3
1bの厚みである。μr=1000(1MHzにおける実
測値),g=8〜24μm,t 1=300μm,t2=2
0μmを代入するとλ=390〜680μmになる。こ
のように強磁性体層31bが薄いためλが短いので、導
体コイル33は凹型形状にして強磁性体層31a,31
b全体が磁心として有効に働くような構成とした。強磁
性体層31bが充分厚く、λが長い場合は導体コイル3
3を凹型形状にする必要はない。
【0032】また、隣接し電流が同じ向きに流れる導線
の合計幅は110μmであり、λに比べて十分小さいの
で、磁束は導体コイル33とほとんど鎖交せず、インダ
クタンスはターン数の2乗倍になる。このように隣接
し、電流の流れる向きが同じである導線の間隔を小さく
することは重要である。また、抵抗値を下げ損失を少な
くしたい場合は、実施例1,2と同様、隣接する複数本
の導線を並列に接続する構成にするのが有効であること
は当然である。
【0033】なお、本実施例では導体コイル33を凹型
形状としたが、凹部の数を増して矩形波状の形状として
もよい。また、本実施例においては強磁性体層31bに
Ni−Zn系フェライト膜を用いているが、抵抗率が大
きく軟磁気特性に優れた膜であれば同様の効果が得られ
る。また、強磁性体層31bの成膜方法として化学的気
相成長法を用いているが、段差被覆性のよい他の成膜
法、たとえばメッキ等の液相成膜法、バイアススパッタ
法でも良い。
【0034】また、強磁性体層31bに金属系の軟磁性
体を用いた場合、浮遊容量は増えるが、フェライトに比
べ飽和磁束密度が大きいので、より大きいパワーが扱え
るメリットがある。強磁性体層31aをNi−Zn系フ
ェライトやイットリウムアイアンガーネット等の絶縁性
の高い強磁性体とすれば、強磁性体層31a,31bと
も金属系の磁性体とするよりは浮遊容量の増加は少なく
てすむ。
【0035】なお、実施例1,2,3においては平面イ
ンダクタのみを作製したが、本発明による平面コイルの
パターンや強磁性体層との構成は、平面状の1次コイ
ル、2次コイルを強磁性体層で挟んでなる平面トランス
を作製する際も有効であることは言うまでもない。
【0036】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明
は、スパイラル形状の導体コイルを複数本の平行な導体
を巻いた構成とすることにより、高周波領域における損
失の小さい優れた特性の平面インダクタンス部品が実現
でき、また、スパイラル形状の一部を突出させてその内
側に導体コイルの内側端を設けているために内側端と入
出力端子との接続が容易であり、作製の容易な平面イン
ダクタンス部品が実現できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明の第1の実施例における平面イ
ンダクタの一部透視平面図 (b)は同平面インダクタの図1(a)に示すA−A線
断面図 (c)は同平面インダクタの図1(a)に示すB−B線
断面図
【図2】(a)は本発明の第2の実施例における平面イ
ンダクタの一部透視平面図 (b)は同平面インダクタの図2(a)に示すC−C線
断面図 (c)は同平面インダクタの図2(a)に示すD−D線
断面図 (d)は同平面インダクタの図2(a)に示すE−E線
断面図
【図3】(a)は本発明の第3の実施例における平面イ
ンダクタの一部透視平面図 (b)は同平面インダクタの図3(a)に示すI−I線
断面図 (c)は同平面インダクタの図3(a)に示すJ−J線
断面図
【図4】(a)は従来の平面インダクタの一部透視平面
図 (b)は同平面インダクタの図4(a)に示すK−K線
断面図
【符号の説明】
11a,11b,21a,21b フェライト板(強磁
性体層) 12,23 スパイラル状導体コイル 13a,13b,24a,24b,34a,34b 入
出力端子 14,25,35 突出部 15,26,36 内側端 16,27,37 金ワイヤー 22,32a,32b 非強磁性絶縁層 31a,31b 強磁性体層 33 導体コイル

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 強磁性体層と、その強磁性体層上に形成
    されたスパイラル形状の導体コイルおよびその導体コイ
    ルの両端のそれぞれに導通接続された一対の入出力端子
    を備え、前記導体コイルの導体が平行な複数本からな
    り、前記導体コイルが、スパイラル形状の一部が外側に
    突出しその突出部の内側に前記導体コイルの一端が配さ
    れた形状を有する平面インダクタンス部品。
  2. 【請求項2】 強磁性体層と、その強磁性体層上に形成
    された一本の導体からなるスパイラル形状の導体コイル
    およびその導体コイルの両端のそれぞれに導通接続され
    た一対の入出力端子をそれぞれ備え、前記導体コイルが
    スパイラル形状の一部が外側に突出しその突出部の内側
    に前記導体コイルの一端が配された形状を有する平面イ
    ンダクタンス部品。
  3. 【請求項3】 導体コイルが、スパイラル形状の一部が
    矩形波状に変形した形状を有する請求項または記載
    の平面インダクタンス部品。
  4. 【請求項4】 導体コイルの矩形波状をなす部分におい
    て、電流方向が同一方向である隣接する導体間の距離が
    電流方向が逆方向である隣接する導体間の距離よりも小
    さい請求項記載の平面インダクタンス部品。
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