JP3602298B2 - 薄型電源用磁気素子 - Google Patents
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- Coils Or Transformers For Communication (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄型電源に搭載されるインダクター又はトランスを形成する薄型電源用磁気素子に関し、その磁性ペーストに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電池で駆動される小型携帯機器は、従来から小型軽量の要求が強かったが、最近は、特に、マルチメディア化に対応するため、通信機能や表示機能の充実、あるいは画像を含む大量情報の高速処理等が求められている。それに伴い、電池からの単一電圧を様々な搭載デバイス例えばＣＰＵ、ＬＣＤ、モジュール、通信用パワーアンプ等に必要な複数の電圧レベルまで変換する電源の需要が増大してきた。携帯機器の小型軽量化と高機能化を両立させるためには、この小型・高効率化が重要な課題となっている。
【０００３】
このような状況の下で、入力直流電圧を半導体スイッチによって断続的に制御し、安定した所望の電圧を出力するＤＣ／ＤＣコンバータが数多く使用されている。
このような磁性層は、従来、６〜７μｍの金属膜をスパッタ法でＳｉ基板上に成膜していた。このため、真空装置を備えたスパッタ装置等を必要とし、大きさに制約があり、また材料費が高く、時間がかかる等コストが高く、また、膜厚が厚いためＳｉ基板が反るという問題が発生して、実用化を妨げていた。
【０００４】
現在使用されているコンバータでは数百ｋＨｚ程度のものが普通に見られるようになっている。しかし、さらに小型、薄型化を図るには周波数をさらに高くすることに加えて、電源用電気部品の構造を、薄型化する必要がある。この薄型化は本来困難性が大であったが、この要請に対して、磁性薄膜と平面コイルを組み合わせた平面積層構造による薄型電源用磁気素子が開発されている。例えば、日本応用磁気学会誌ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．５、１９９６；ｐ９２２〜ｐ９２４にも記載されている。この技術の製造工程は基本的には半導体リソグラフィー技術を転用したものであり、Ｓｉ基板上に一度に数百個形成できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来、磁性層として６〜７μｍの金属膜をスパッタ法でＳｉ基板上に成膜する技術では、コストがかかり、Ｓｉ基板が反るといった問題がある。
また半導体リソグラフィー技術では、精密な成膜やパターン形成が可能であるが工程が複雑であり、またフォトレジストによって、必ずしも適切な品質の磁性層を得ることができるとは限らない。
【０００６】
本発明はこのような従来の欠点を改善し、適切な磁性ペーストを用いる技術によって安価で高品質の薄型電源用磁気素子を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その技術手段は、Ｓｉ基板上に磁性層とコイル層を形成したインダクタ又はトランスにおいて、磁性層の熱膨張率が６．０〜１０．０ｐｐｍ／Ｋでかつ比抵抗が１０4Ωｃｍ以上であり、前記磁性層の組成がＣｕＯ：５〜２０ｍｏｌ％、ＺｎＯ：５〜４０ｍｏｌ％、Ｆｅ2Ｏ3：４０〜５０ｍｏｌ％、残りＮｉＯからなり１５ＭＨｚまでの透磁率の低下が３０％以下であるスピネル型フェライトからなり、前記磁性層が印刷法もしくはグリーンシート法で積層した後、焼結形成された磁性層であることを特徴とする薄型電源用磁気素子を提供するものである。
【０００８】
磁性層の熱膨張率を６．０〜１０．０ｐｐｍ／Ｋに限定した理由は次のとおりである。この範囲を越えると基板との熱膨張率の差が大きくなることで、反り量が増えるため、磁性層の熱膨張率は６．０〜１０．０ｐｐｍ／Ｋに限定した。
また、磁性層の比抵抗が１０４ Ωｃｍ未満では磁性層と導体コイル層との間に電気的絶縁層を必要とし、素子の構造が複雑になるので、１０４ Ωｃｍ以上とした。
【０００９】
この薄型電源用磁気素子は前記磁性層が印刷法もしくはグリーンシート法で積層した後、焼結して形成するものであり、このようにして成形された薄型電源用磁気素子は基板の反りもなく、金属膜の場合に比べて特性的、コスト的にも好適である。
【００１０】
磁性層の組成を上記のように限定した理由及びさらに好ましい値について説明すると次のとおりである。
ＣｕＯ：５〜２０ｍｏｌ％
ＣｕＯは焼成温度を下げるために加える。このときＣｕＯが５ｍｏｌ％未満だとその効果が小さく、２０ｍｏｌ％を越えると焼成温度は下がるものの磁気特性が急速に劣化するため、ＣｕＯの組成範囲は５〜２０ｍｏｌ％とした。
【００１１】
ＺｎＯ：５〜４０ｍｏｌ％
ＺｎＯは透磁率とキュリー温度に大きな影響を与える。５ｍｏｌ％未満ではキュリー温度は高いものの透磁率が低下する。一方、４０ｍｏｌ％を越えると透磁率は高いものの、キュリー温度が低下する。従って、ＺｎＯは５〜４０ｍｏｌ％に限定した。
【００１２】
Ｆｅ２ Ｏ３ ：４０〜５０ｍｏｌ％
ＦｅＯ３ が５０ｍｏｌ％を越えると比抵抗が低下する。４０ｍｏｌ％未満になると磁気特性の劣化が大きいため、４０〜５０ｍｏｌ％とした。
さらに、１５ＭＨｚまでの透磁率の低下が３０％以下であるスピネル型フェライトから構成されていると好ましい。透磁率の低下が３０％を越えると出力変動が大きくなり不可である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明では磁性層としてフェライトペーストの印刷法もしくはグリーンシート法を用いたため、安価にかつ、Ｓｉ基板の反りのない良好な素子となる。さらに磁性体が絶縁性材料であるため、従来技術のような絶縁膜が不要となり構造が簡単になる。
【００１４】
上記特性を有する磁性層は次のようにして製造することができる。所定の組成に調整されたフェライト粉とバインダーを混ぜてペーストにした後、基板上に印刷する。これを９００℃で焼成した後、磁性層表面にコイルパターンをスパッタ法等で形成し、その上にフェライトペーストを印刷して上部コアを形成し、焼成して素子とする。
【００１５】
次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
（実施例−１）
各種熱膨張率の磁性層を形成したときのＳｉ基板の反りを表１に示す。Ｓｉ基板の厚みは０．６ｍｍである。このとき、反り量は熱膨張量率１１．５ｐｐｍ／Ｋの金属膜を７μｍ形成したときの値を１としたときの相対値で示してある。フェライトの場合は、磁束量を補正するため３０μｍとしてある。フェライト層の製造方法は以下の通りである。ＮｉＯ：１６ｍｏｌ％、ＣｕＯ：１２ｍｏｌ％、ＺｎＯ：２３ｍｏｌ％残りＦｅ２ Ｏ３ の組成になるように調整されたフェライト粉を湿式法（共沈法）で作製した後、バインダーとしてエチルセルロース、溶剤としてブチルカルビトールやテルビオネールおよびフェライト粉から構成されるペーストとした後、焼成後の膜厚が３０μｍとなるように調整された膜厚にスクリーン印刷法によって成膜された。その後、大気中９００℃で焼成して反り量の測定の試料とした。
【００１６】
【表１】
【００１７】
（実施例−２）
表２に示す組成のフェライト粉ペーストを実施例１と同じ方法で作製した後、ドクターブレード法で焼成後の厚みが３０μｍになるようにグリーンシート化してＳｉ基板上に熱間圧着した後、大気中で焼成した。１５ＭＨｚでの相対透磁率はμ’（１５ＭＨｚ）／μ’（０．１ＭＨｚ）で表わした。焼成温度は焼結密度が９０％となったときの温度である。
【００１８】
【表２】
【００１９】
表２に示したように、本発明からなる組成のフェライトを用いれば、１５ＭＨｚでの透磁率の低下が少なくかつ導体と同時に焼成できる温度で磁性層を焼成できる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、スパッタ法や半導体リソグラフィー技術による従来品よりも安価な原料を用い、簡易な方法により、かつ素子の構造が簡単なためコストダウンが可能で、かつＳｉ基板が反らない良好な薄型電源用磁気素子が得られる。
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄型電源に搭載されるインダクター又はトランスを形成する薄型電源用磁気素子に関し、その磁性ペーストに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電池で駆動される小型携帯機器は、従来から小型軽量の要求が強かったが、最近は、特に、マルチメディア化に対応するため、通信機能や表示機能の充実、あるいは画像を含む大量情報の高速処理等が求められている。それに伴い、電池からの単一電圧を様々な搭載デバイス例えばＣＰＵ、ＬＣＤ、モジュール、通信用パワーアンプ等に必要な複数の電圧レベルまで変換する電源の需要が増大してきた。携帯機器の小型軽量化と高機能化を両立させるためには、この小型・高効率化が重要な課題となっている。
【０００３】
このような状況の下で、入力直流電圧を半導体スイッチによって断続的に制御し、安定した所望の電圧を出力するＤＣ／ＤＣコンバータが数多く使用されている。
このような磁性層は、従来、６〜７μｍの金属膜をスパッタ法でＳｉ基板上に成膜していた。このため、真空装置を備えたスパッタ装置等を必要とし、大きさに制約があり、また材料費が高く、時間がかかる等コストが高く、また、膜厚が厚いためＳｉ基板が反るという問題が発生して、実用化を妨げていた。
【０００４】
現在使用されているコンバータでは数百ｋＨｚ程度のものが普通に見られるようになっている。しかし、さらに小型、薄型化を図るには周波数をさらに高くすることに加えて、電源用電気部品の構造を、薄型化する必要がある。この薄型化は本来困難性が大であったが、この要請に対して、磁性薄膜と平面コイルを組み合わせた平面積層構造による薄型電源用磁気素子が開発されている。例えば、日本応用磁気学会誌ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．５、１９９６；ｐ９２２〜ｐ９２４にも記載されている。この技術の製造工程は基本的には半導体リソグラフィー技術を転用したものであり、Ｓｉ基板上に一度に数百個形成できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来、磁性層として６〜７μｍの金属膜をスパッタ法でＳｉ基板上に成膜する技術では、コストがかかり、Ｓｉ基板が反るといった問題がある。
また半導体リソグラフィー技術では、精密な成膜やパターン形成が可能であるが工程が複雑であり、またフォトレジストによって、必ずしも適切な品質の磁性層を得ることができるとは限らない。
【０００６】
本発明はこのような従来の欠点を改善し、適切な磁性ペーストを用いる技術によって安価で高品質の薄型電源用磁気素子を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その技術手段は、Ｓｉ基板上に磁性層とコイル層を形成したインダクタ又はトランスにおいて、磁性層の熱膨張率が６．０〜１０．０ｐｐｍ／Ｋでかつ比抵抗が１０4Ωｃｍ以上であり、前記磁性層の組成がＣｕＯ：５〜２０ｍｏｌ％、ＺｎＯ：５〜４０ｍｏｌ％、Ｆｅ2Ｏ3：４０〜５０ｍｏｌ％、残りＮｉＯからなり１５ＭＨｚまでの透磁率の低下が３０％以下であるスピネル型フェライトからなり、前記磁性層が印刷法もしくはグリーンシート法で積層した後、焼結形成された磁性層であることを特徴とする薄型電源用磁気素子を提供するものである。
【０００８】
磁性層の熱膨張率を６．０〜１０．０ｐｐｍ／Ｋに限定した理由は次のとおりである。この範囲を越えると基板との熱膨張率の差が大きくなることで、反り量が増えるため、磁性層の熱膨張率は６．０〜１０．０ｐｐｍ／Ｋに限定した。
また、磁性層の比抵抗が１０４ Ωｃｍ未満では磁性層と導体コイル層との間に電気的絶縁層を必要とし、素子の構造が複雑になるので、１０４ Ωｃｍ以上とした。
【０００９】
この薄型電源用磁気素子は前記磁性層が印刷法もしくはグリーンシート法で積層した後、焼結して形成するものであり、このようにして成形された薄型電源用磁気素子は基板の反りもなく、金属膜の場合に比べて特性的、コスト的にも好適である。
【００１０】
磁性層の組成を上記のように限定した理由及びさらに好ましい値について説明すると次のとおりである。
ＣｕＯ：５〜２０ｍｏｌ％
ＣｕＯは焼成温度を下げるために加える。このときＣｕＯが５ｍｏｌ％未満だとその効果が小さく、２０ｍｏｌ％を越えると焼成温度は下がるものの磁気特性が急速に劣化するため、ＣｕＯの組成範囲は５〜２０ｍｏｌ％とした。
【００１１】
ＺｎＯ：５〜４０ｍｏｌ％
ＺｎＯは透磁率とキュリー温度に大きな影響を与える。５ｍｏｌ％未満ではキュリー温度は高いものの透磁率が低下する。一方、４０ｍｏｌ％を越えると透磁率は高いものの、キュリー温度が低下する。従って、ＺｎＯは５〜４０ｍｏｌ％に限定した。
【００１２】
Ｆｅ２ Ｏ３ ：４０〜５０ｍｏｌ％
ＦｅＯ３ が５０ｍｏｌ％を越えると比抵抗が低下する。４０ｍｏｌ％未満になると磁気特性の劣化が大きいため、４０〜５０ｍｏｌ％とした。
さらに、１５ＭＨｚまでの透磁率の低下が３０％以下であるスピネル型フェライトから構成されていると好ましい。透磁率の低下が３０％を越えると出力変動が大きくなり不可である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明では磁性層としてフェライトペーストの印刷法もしくはグリーンシート法を用いたため、安価にかつ、Ｓｉ基板の反りのない良好な素子となる。さらに磁性体が絶縁性材料であるため、従来技術のような絶縁膜が不要となり構造が簡単になる。
【００１４】
上記特性を有する磁性層は次のようにして製造することができる。所定の組成に調整されたフェライト粉とバインダーを混ぜてペーストにした後、基板上に印刷する。これを９００℃で焼成した後、磁性層表面にコイルパターンをスパッタ法等で形成し、その上にフェライトペーストを印刷して上部コアを形成し、焼成して素子とする。
【００１５】
次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
（実施例−１）
各種熱膨張率の磁性層を形成したときのＳｉ基板の反りを表１に示す。Ｓｉ基板の厚みは０．６ｍｍである。このとき、反り量は熱膨張量率１１．５ｐｐｍ／Ｋの金属膜を７μｍ形成したときの値を１としたときの相対値で示してある。フェライトの場合は、磁束量を補正するため３０μｍとしてある。フェライト層の製造方法は以下の通りである。ＮｉＯ：１６ｍｏｌ％、ＣｕＯ：１２ｍｏｌ％、ＺｎＯ：２３ｍｏｌ％残りＦｅ２ Ｏ３ の組成になるように調整されたフェライト粉を湿式法（共沈法）で作製した後、バインダーとしてエチルセルロース、溶剤としてブチルカルビトールやテルビオネールおよびフェライト粉から構成されるペーストとした後、焼成後の膜厚が３０μｍとなるように調整された膜厚にスクリーン印刷法によって成膜された。その後、大気中９００℃で焼成して反り量の測定の試料とした。
【００１６】
【表１】
（実施例−２）
表２に示す組成のフェライト粉ペーストを実施例１と同じ方法で作製した後、ドクターブレード法で焼成後の厚みが３０μｍになるようにグリーンシート化してＳｉ基板上に熱間圧着した後、大気中で焼成した。１５ＭＨｚでの相対透磁率はμ’（１５ＭＨｚ）／μ’（０．１ＭＨｚ）で表わした。焼成温度は焼結密度が９０％となったときの温度である。
【００１８】
【表２】
表２に示したように、本発明からなる組成のフェライトを用いれば、１５ＭＨｚでの透磁率の低下が少なくかつ導体と同時に焼成できる温度で磁性層を焼成できる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、スパッタ法や半導体リソグラフィー技術による従来品よりも安価な原料を用い、簡易な方法により、かつ素子の構造が簡単なためコストダウンが可能で、かつＳｉ基板が反らない良好な薄型電源用磁気素子が得られる。
Claims (1)
- Ｓｉ基板上に磁性層とコイル層を形成したインダクタ又はトランスにおいて、前記磁性層の熱膨張率が６．０〜１０．０ｐｐｍ／Ｋでかつ比抵抗が１０4Ωｃｍ以上であり、前記磁性層の組成がＣｕＯ：５〜２０ｍｏｌ％、ＺｎＯ：５〜４０ｍｏｌ％、Ｆｅ2Ｏ3：４０〜５０ｍｏｌ％、残りＮｉＯからなり１５ＭＨｚまでの透磁率の低下が３０％以下であるスピネル型フェライトからなり、前記磁性層が印刷法もしくはグリーンシート法で積層した後、焼結形成された磁性層であることを特徴とする薄型電源用磁気素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17715997A JP3602298B2 (ja) | 1997-07-02 | 1997-07-02 | 薄型電源用磁気素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17715997A JP3602298B2 (ja) | 1997-07-02 | 1997-07-02 | 薄型電源用磁気素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1126239A JPH1126239A (ja) | 1999-01-29 |
| JP3602298B2 true JP3602298B2 (ja) | 2004-12-15 |
Family
ID=16026220
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17715997A Expired - Lifetime JP3602298B2 (ja) | 1997-07-02 | 1997-07-02 | 薄型電源用磁気素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JP3602298B2 (ja) |
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| JP2001284123A (ja) * | 2000-01-24 | 2001-10-12 | Fuji Electric Co Ltd | 磁性薄膜、それを用いた磁気部品およびそれらの製造方法、および電力変換装置 |
| JP2001244123A (ja) | 2000-02-28 | 2001-09-07 | Kawatetsu Mining Co Ltd | 表面実装型平面磁気素子及びその製造方法 |
| JP3758464B2 (ja) * | 2000-05-12 | 2006-03-22 | 株式会社村田製作所 | 積層電子部品 |
| JP2002217033A (ja) * | 2001-01-19 | 2002-08-02 | Kawasaki Steel Corp | 平面磁気素子 |
| JP2002299121A (ja) * | 2001-04-02 | 2002-10-11 | Kawasaki Steel Corp | 平面磁気素子 |
| JP2002353030A (ja) * | 2001-05-25 | 2002-12-06 | Kawasaki Steel Corp | 表面実装型平面磁気素子および集積型回路部品 |
| JP2008041833A (ja) * | 2006-08-03 | 2008-02-21 | Sony Corp | プレーナインダクタの製造方法及び検査方法 |
-
1997
- 1997-07-02 JP JP17715997A patent/JP3602298B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1126239A (ja) | 1999-01-29 |
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