JP4711593B2

JP4711593B2 - Planar magnetic element

Info

Publication number: JP4711593B2
Application number: JP2002166841A
Authority: JP
Inventors: 泰隆福田; 一彦越前谷; 英明小日置
Original assignee: JFE Steel Corp; JFE Mineral Co Ltd
Current assignee: JFE Steel Corp; JFE Mineral Co Ltd
Priority date: 2002-06-07
Filing date: 2002-06-07
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2022-06-07
Also published as: JP2004014837A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、平面磁気素子に関し、特に高周波域におけるインダクタンス特性の有利な向上を図ったものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯機器やノート型パソコン等のような、電池で駆動される携帯機器の利用が進んでいる。
このような携帯機器に対しては、従来から、より一層の小型・軽量化が望まれており、最近ではこれらに加えて、マルチメディア化への対応、すなわち通信機能や表示機能の充実、あるいは画像データを含む大量情報の高速処理などの高機能化が求められている。
【０００３】
これに伴い、電池からの単一電圧を、ＣＰＵやＬＣＤモジュール、通信用パワーアンプなど様々な搭載デバイスが必要とする各々の電圧レベルに的確に変換できる小型電源の需要が増大してきた。
そこで、電子機器の小型・軽量化と高機能化を両立させるために、電源に搭載されるトランスやインダクタ等の磁気素子についても、その小型・軽量化を進めることが重要な課題となっている。
【０００４】
このような状況下で、従来、焼結フェライトコアにコイルを巻いたトランス、インダクタが搭載されてきたが、これらはいずれも薄型化が困難で、電源の薄型化を阻害してきた。
そこで、磁気素子の小型・軽量化を図るために、平面コイルを上下のフェライト磁性層で挟み、かつコイル線間をフェライトで埋めた構造になる平面磁気素子が提案された（特開2001−244123号公報、特開2001−244124号公報）。
【０００５】
この技術は、基板上に、下部フェライト層を印刷法などで形成し、その上にコイルパターンをめっき法などで形成したのち、さらにその上に上部フェライト層を印刷法などで形成することにより、平面磁気素子とするものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
スイッチング電源をさらに小型化する場合、スイッチング周波数の高周波化が必要となるが、上掲した特開2001−244123号公報および特開2001−244124号公報に開示の技術では、磁性体としてフェライトを用いていることもあって、使用周波数がおおよそ 10MHz以下に制限されるところに問題を残していた。
【０００７】
本発明は、上記の問題を有利に解決するもので、スイッチング周波数を高周波化した場合であっても大きなインダクタンスが得られ、スイッチング電源の小型化に有利に対応することができる平面磁気素子を提案することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
さて、発明者らは、上記の目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、
(1) 高周波域でのインダクタンス特性を向上させるためには、上下部磁性層の透磁率を高周波域まで大きな値で維持する必要がある、
(2) そのためには、上下部磁性層のうち少なくとも一層を、絶縁体中にセンダスト等の高透磁率の金属磁性粉末を分散させた金属磁性層とするのが有利であることの知見を得た。
本発明は、上記の知見に立脚するものである。
【０００９】
すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．下部磁性層と上部磁性層との間に平面コイルを有する構造になる平面磁気素子であって、
下部磁性層はフェライト系磁性層、一方上部磁性層は、センダスト（Fe−Al−Si）からなる金属磁性粉と絶縁バインダとの混合体であって該金属磁性粉の体積密度が20〜80 vol％の金属磁性層からなり、該平面コイルのコイル線間の空隙に、フェライト磁性粉と絶縁バインダとの混合体を充填すると共に、該平面コイルと上部磁性層とを絶縁層を介して接合し、５MHzにおけるインダクタンスＬ_5Mに対する20MHzにおけるインダクタンスＬ _20Mの比（Ｌ_20M／Ｌ_5M）が0.89以上であることを特徴とする平面磁気素子。
【００１０】
２．下部磁性層と上部磁性層との間に平面コイルを有する構造になる平面磁気素子であって、
下部磁性層および上部磁性層とも、センダスト（Fe−Al−Si）からなる金属磁性粉と絶縁バインダとの混合体であって該金属磁性粉の体積密度が20〜80 vol％の金属磁性層からなり、該平面コイルのコイル線間の空隙に、フェライト磁性粉と絶縁バインダとの混合体を充填すると共に、該平面コイルと上部および下部磁性層とをそれぞれ絶縁層を介して接合し、５MHzにおけるインダクタンスＬ_5Mに対する20MHzにおけるインダクタンスＬ _20Mの比（Ｌ_20M／Ｌ_5M）が0.90以上であることを特徴とする平面磁気素子。
【００１１】
３．前記下部磁性層側に基板を配設したことを特徴とする上記１または２に記載の平面磁気素子。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体的に説明する。
図１および図２に、本発明に従う平面磁気素子の好適例１，２をそれぞれ、断面で示す。
図中、番号１は下部磁性層、２は平面コイル、３は上部磁性層であり、４は平面コイルのコイル線間の空隙に充填したフェライト磁性粉と絶縁バインダとの混合体、５は絶縁層、６は端子である。なお、図１，２では、下部磁性層１側に基板を付けた構造にしていないが、用途・製法に応じて基板を備えた構造にすることができる。
【００１３】
さて、図１は、下部磁性層１をフェライト系磁性層１-1とした場合である。
下部磁性層であるフェライト系磁性層１-1としては、フェライト磁性粉と樹脂バインダとの混合体を熱硬化させたフェライト磁性樹脂、フェライト磁性粉と樹脂バインダとの混合体を焼成したフェライト焼結体および予め作製したフェライト焼結板などいずれもが適合する。
ここに、上記のフェライト系磁性層１-1の厚みａは、フェライト磁性樹脂の場合には 100〜200 μm 程度、フェライト焼結体の場合には20〜50μm 程度、フェライト焼結板の場合には 200〜400 μm 程度とするのが好適である。
【００１４】
上記した下部磁性層１の上に平面コイル２を形成する。この時、下部磁性層１の上に直接、平面コイル２を形成しても良いが、表面の凹凸を解消するために、ポリイミドなどの樹脂平滑層を形成したのち、平面コイルを形成するようにしても良い。
平面コイルの形状としては、スパイラル形状やミアンダ形状があるが、スパイラル形状の方がインダクタンスを大きくできるのでより有利である。
【００１５】
本発明では、平面コイル２のコイル線間に、フェライト磁性粉と樹脂などの絶縁バインダとの混合体４を充填する。というのは、コイル線間にかような混合体４を充填することにより、この部分に上下部磁性層間の渡り磁束が集中するため、コイルを鎖交することによる銅損の増加が効果的に抑制されるからである。その結果、インダクタンスがさらに向上し、またコイル直流抵抗の低減も期待でき、かつ交流損失の小さなインダクタを実現することができる。
なお、かかる混合体４中におけるフェライト磁性粉の体積密度は20〜80 vol％程度とすることが好ましい。より好ましくは50〜80 vol％である。
【００１６】
ついで、上記した平面コイル２の上に上部磁性層３を形成するが、かかる上部磁性層３の形成に先立って、有機樹脂からなる絶縁層を形成する。というのは、本発明では、上部磁性層３として金属磁性粉を含む金属磁性樹脂を用いるので、かかる金属磁性粉とコイルとの導通を阻止するためには、絶縁層の存在が不可欠だからである。
かかる絶縁層としては、必ずしも100 ％有機樹脂である必要はなく、フェライト磁性粉を20〜80 vol％程度含有していていもよい。というのは、絶縁層中に少量のフェライト磁性粉を含有させることにより、インダクタンスの一層の向上が図れるからである。
また、かかる絶縁層の厚みｂは、２〜40μm 程度とするのが好適である。
【００１７】
次に、上部磁性層を形成するが、本発明では、この上部磁性層３を、金属磁性粉と絶縁バインダとの混合体である金属磁性樹脂で構成したところに特徴がある。
金属磁性体は、フェライトに比べると共鳴周波数が高いので、より高周波での使用が可能となる。従って、上部磁性層を、かような金属磁性粉を含む金属磁性樹脂で構成することにより、高周波域におけるインダクタンス特性の有利な向上が達成できるのである。
【００１８】
ここに、樹脂中に分散させる金属磁性粉末としては、センダスト（Fe−Al−Si）からなる高透磁率金属磁性粉とする。
なお、かかる金属磁性樹脂中における金属磁性粉の体積密度は20〜80 vol％の範囲とする。より好ましくは50〜80 vol％の範囲である。
また、かような金属磁性層の厚みｃは、50〜150 μm 程度とするのが好適である。
【００１９】
次に、図２は、上下部磁性層とも、金属磁性粉と絶縁バインダとの混合体である金属磁性層で構成した例である。
この場合において、前掲図１の場合と異なるのは、下部金属磁性層１-2と平面コイル２の間に絶縁層５′を介在させる必要があることである。
この絶縁層５′の機能、材質および厚みａ′については、前述した絶縁層５の場合と同じである。
【００２０】
なお、図１，２いずれの場合においても、下部磁性層側に基板を配設した構造とすることができる。
かような基板としては、Siやアルミナが好適であるが、少なくとも下部磁性層として金属磁性粉を含む金属磁性層を用いる場合には、アルミナのような絶縁体基板を用いることが肝要である。
【００２１】
次に、本発明の好適製造方法について説明するが、本発明の製造条件は、これだけに限定されるものではない。
(1) SiやAl₂O₃ などの基板上に、フェライト系磁性層または金属磁性層からなる下部磁性層を形成する。
この時、フェライト系磁性層としては、フェライト磁性粉末をエポキシ樹脂に混ぜたペーストを、基板上にスクリーン印刷法にて塗布したのち、約150 ℃で熱硬化させて、フェライト磁性樹脂層としたものであっても、また1000℃程度で焼成して、フェライト焼結体としたものであってもよい。さらに、予め作製しておいたフェライト焼結板を用いることもできる。
また、金属磁性層を形成するには、基板上に、センダスト粉末を含むエポキシ樹脂ペーストを印刷したのち、150 ℃で熱硬化させれば良い。
(2) ついで、下部磁性層がフェライト系磁性層の場合、必要に応じてエポキシ樹脂またはポリイミド樹脂からなる平滑層を形成したのち、Cuシード層を無電解めっきにより 0.5μm 厚程度に成膜する。
一方、下部磁性層が金属磁性層の場合には、エポキシ樹脂からなる絶縁層を形成したのち、同様にしてCuシード層を形成する。
(3) この上に、レジストを塗布し、平面コイルパターンを露光・現像し、レジストフレームを形成する。平面コイルの形状については、スパラルコイルが一般的である。
(4) フレーム内に電気めっきでCuを析出させる。
(5) レジスト剥離後、エッチングによって不要なCuシード層を除去する。
(6) フェライト磁性粉末をエポキシ樹脂に混ぜたペーストを、スクリーン印刷法にて、平面コイルのコイル線間に充填し、約150 ℃で熱硬化させる。
(7) ついで、絶縁層用の樹脂ペーストを端子部分を除いた全面に塗布する。
(8) ついで、この上に、金属磁性粉末をエポキシ樹脂に混ぜたペーストを、スクリーン印刷法にて 100μm 程度に塗布し、150 ℃程度で熱硬化させて、平面磁気素子とする。
【００２２】
【実施例】
実施例１
フェライト磁性粉としては、 Fe₂O₃／ZnＯ／NiＯ＝49／23／28(mol％）の組成のものを用い、また金属磁性粉としてはセンダスト（Fe−Al−Si）を用いた。
まず、次に示す４つの方法により、下部磁性層を形成した。
ａ）アルミナ基板上に、上記の組成になるフェライトペーストを印刷後、150 ℃で熱硬化することにより、フェライト磁性樹脂（フェライト粉の体積率：60 vol％）からなる厚み：100 μm の下部磁性層を形成した。
ｂ）アルミナ基板上に、上記の組成になるフェライトペーストを印刷後、1000℃で焼成することにより、フェライト焼結体からなる厚み：40μm の下部磁性層を形成した。
ｃ）別途、厚み：40μm のフェライト焼結板を用意した。
ｄ）アルミナ基板上に、センダスト粉末を含む樹脂ペーストを印刷後、150 ℃で熱硬化することにより、金属磁性樹脂（センダスト粉末の体積率：60 vol％）からなる厚み：100 μm の下部磁性層を形成した。
【００２３】
ついで、得られた各下部磁性層の上に、エポキシ樹脂をスピンコートによって塗布したのち、150 ℃で熱硬化して10μm 厚の平滑層を形成した。
ついで、これらの上に、シード層として 0.5μm 厚のCu膜を無電解めっき法で成膜した。ついで、このCuシード層上にフォトレジストを塗布した後、フォトエッチングにより、スパイラル形状のレジストフレームを形成した。その後、電気めっきによりレジストフレーム内にコイル用のCuを析出させた後、レジストを剥離し、ついで化学エッチングでコイル間のシード層を除去して、平面コイルを作成した。この平面コイルはいずれも、ライン幅：50μm 、ライン間隔：20μm 、高さ：80μm で、ターン数は14とした。
【００２４】
次に、フェライト磁性粉を含むエポキシ樹脂ペースト（フェライト磁性粉の体積率：60 vol％）を、スクリーン印刷法にて、コイル線間にスクリーン印刷した後、熱硬化させた。次に、絶縁層として、フェライトを含まないエポキシ樹脂を、印刷（厚み：10μm ）したのち、その上に、センダスト粉末を含む樹脂ペースト（センダスト粉末の体積率：60 vol％）を 100μm 厚に印刷し、熱硬化させて平面磁気素子とした。
【００２５】
かくして得られた各平面磁気素子の構造を表１に示す。
また、表２に、各平面磁気素子の上下部磁性層の透磁率（μ）、５MHz, 20MHzにおけるインダクタンスおよびこれらのインダタンス比（Ｌ_20M ／Ｌ_5M）について調べた結果を示す。
【００２６】
また、比較のため、図３に示すように、Si基板７上にフェライトペーストを印刷・焼成して下部フェライト層８としたのち、発明例と同じ手法で平面コイル２を形成し、ついでコイル間隔と同じエポキシ樹脂ペーストをスクリーン印刷法にて印刷、硬化して上部フェライト層９としたもの（比較例１）についても同様の調査を行った（この例は、特開2001−244124号公報に開示の技術に相当する）。
さらに、比較例２として、図４に示すように、平面コイル２のコイル線間にフェライトを含まないエポキシ樹脂10のみを充填する以外は、図２に示した発明例と同じとしたものについても同様の調査を行った。
【００２７】
【表１】

【００２８】
【表２】

【００２９】
表２に示したとおり、発明例はいずれも、20MHz という高周波域において高いインダクタンスを得ることができた。
【００３０】
【発明の効果】
かくして、本発明によれば、従来材に比べて高周波域におけるインダクタンス特性が高い平面磁気素子を安定して得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従う平面磁気素子の好適例１の断面図である。
【図２】本発明に従う平面磁気素子の好適例２の断面図である。
【図３】実施例で示した比較例１に相当する平面磁気素子の断面図である。
【図４】実施例で示した比較例２に相当する平面磁気素子の断面図である。
【符号の説明】
１下部磁性層
２平面コイル
３上部磁性層
４フェライト磁性粉と絶縁バインダとの混合体
５５′ 絶縁層
６端子
７ Si基板
８下部フェライト層
９上部フェライト層
10 エポキシ樹脂[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a planar magnetic element, and is intended to advantageously improve inductance characteristics particularly in a high frequency range.
[0002]
[Prior art]
In recent years, the use of battery-powered portable devices such as portable devices and notebook computers has been increasing.
Conventionally, for such portable devices, further reduction in size and weight has been desired, and recently, in addition to these, it has become compatible with multimedia, that is, enhancement of communication functions and display functions, or High functionality such as high-speed processing of a large amount of information including image data is required.
[0003]
Along with this, there has been an increasing demand for a small power source capable of accurately converting a single voltage from a battery into each voltage level required by various mounted devices such as a CPU, an LCD module, and a communication power amplifier.
Therefore, in order to achieve both miniaturization and weight reduction and high functionality of electronic equipment, it is important to reduce the size and weight of magnetic elements such as transformers and inductors mounted on power supplies. .
[0004]
Under such circumstances, conventionally, a transformer and an inductor in which a coil is wound around a sintered ferrite core have been mounted. However, it is difficult to reduce the thickness of each of them, and the reduction in the thickness of the power source has been hindered.
Therefore, in order to reduce the size and weight of the magnetic element, a planar magnetic element having a structure in which a planar coil is sandwiched between upper and lower ferrite magnetic layers and a coil wire is filled with ferrite has been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-244123). No., JP-A-2001-244124).
[0005]
In this technique, a lower ferrite layer is formed on a substrate by a printing method or the like, a coil pattern is formed thereon by a plating method or the like, and an upper ferrite layer is further formed thereon by a printing method or the like. A planar magnetic element is used.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
When the switching power supply is further downsized, it is necessary to increase the switching frequency. However, in the technologies disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open Nos. 2001-244123 and 2001-244124, ferrite is used as a magnetic material. As a result, there was a problem where the frequency used was limited to about 10 MHz or less.
[0007]
The present invention advantageously solves the above problem, and proposes a planar magnetic element that can provide a large inductance even when the switching frequency is increased, and can advantageously cope with downsizing of the switching power supply. The purpose is to do.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
Now, as a result of intensive studies to achieve the above object, the inventors have
(1) In order to improve the inductance characteristics in the high frequency range, it is necessary to maintain the magnetic permeability of the upper and lower magnetic layers at a large value up to the high frequency range.
(2) To that end, it has been found that it is advantageous to use at least one of the upper and lower magnetic layers as a metal magnetic layer in which a high magnetic permeability metal magnetic powder such as sendust is dispersed in an insulator. It was.
The present invention is based on the above findings.
[0009]
That is, the gist configuration of the present invention is as follows.
1. A planar magnetic element having a structure having a planar coil between a lower magnetic layer and an upper magnetic layer,
The lower magnetic layer is a ferrite-based magnetic layer, whereas the upper magnetic layer is a mixture of metal magnetic powder consisting of Se Ndasuto (Fe- Al -Si) and the insulating binder volume density of the metal magnetic powder 20 to 80 It consists of a vol% metal magnetic layer, and a gap between the coil wires of the planar coil is filled with a mixture of ferrite magnetic powder and an insulating binder, and the planar coil and the upper magnetic layer are joined via an insulating layer. And a ratio of the inductance L _20M at 20 MHz to the inductance L _{5M at 5} MHz (L _20M / L _5M ) is 0.89 or more.
[0010]
2. A planar magnetic element having a structure having a planar coil between a lower magnetic layer and an upper magnetic layer,
Both the lower magnetic layer and the upper magnetic layer, Se Ndasuto (Fe- Al -Si) mixture at a to the volume density is 20 to 80 vol% of the metal magnetic layer of the metal magnetic powder and metal magnetic powder and an insulating binder consisting of The gap between the coil wires of the planar coil is filled with a mixture of ferrite magnetic powder and an insulating binder, and the planar coil and the upper and lower magnetic layers are joined via an insulating layer, respectively. A planar magnetic element having a ratio (L _20M / L _5M ) of an inductance L _20M at 20 MHz to an inductance L _{5M at 0.9} MHz is 0.90 or more.
[0011]
3. 3. The planar magnetic element according to 1 or 2 above, wherein a substrate is disposed on the lower magnetic layer side.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be specifically described.
1 and 2 show preferred examples 1 and 2 of the planar magnetic element according to the present invention in section.
In the figure, reference numeral 1 is a lower magnetic layer, 2 is a planar coil, 3 is an upper magnetic layer, 4 is a mixture of ferrite magnetic powder and insulating binder filled in gaps between coil wires of the planar coil, and 5 is insulated. Layer 6 is a terminal. In FIGS. 1 and 2, the structure is not provided with a substrate on the lower magnetic layer 1 side, but a structure with a substrate can be provided according to the application and manufacturing method.
[0013]
FIG. 1 shows a case where the lower magnetic layer 1 is a ferrite magnetic layer 1-1.
The ferrite magnetic layer 1-1, which is the lower magnetic layer, includes ferrite magnetic resin obtained by thermosetting a mixture of ferrite magnetic powder and resin binder, and ferrite sintered by firing a mixture of ferrite magnetic powder and resin binder. Both the body and the pre-made ferrite sintered plate are suitable.
Here, the thickness a of the ferrite magnetic layer 1-1 is about 100 to 200 μm in the case of ferrite magnetic resin, about 20 to 50 μm in the case of ferrite sintered body, and in the case of ferrite sintered plate. Is preferably about 200 to 400 μm.
[0014]
The planar coil 2 is formed on the lower magnetic layer 1 described above. At this time, the planar coil 2 may be formed directly on the lower magnetic layer 1. However, in order to eliminate surface irregularities, a planar coil is formed after a resin smoothing layer such as polyimide is formed. May be.
The planar coil has a spiral shape and a meander shape, but the spiral shape is more advantageous because the inductance can be increased.
[0015]
In the present invention, a mixture 4 of ferrite magnetic powder and an insulating binder such as resin is filled between the coil wires of the planar coil 2. This is because, by filling such a mixture 4 between coil wires, the crossing magnetic flux between the upper and lower magnetic layers is concentrated in this portion, so that the increase in copper loss due to the linkage of the coils is effective. It is because it is suppressed. As a result, the inductance can be further improved, and the coil DC resistance can be expected to be reduced, and an inductor with low AC loss can be realized.
Note that the volume density of the ferrite magnetic powder in the mixture 4 is preferably about 20 to 80 vol%. More preferably, it is 50-80 vol%.
[0016]
Next, the upper magnetic layer 3 is formed on the planar coil 2 described above. Prior to the formation of the upper magnetic layer 3, an insulating layer made of an organic resin is formed. This is because, in the present invention, a metal magnetic resin containing metal magnetic powder is used as the upper magnetic layer 3, and therefore the presence of an insulating layer is indispensable in order to prevent conduction between the metal magnetic powder and the coil. .
Such an insulating layer is not necessarily made of 100% organic resin, and may contain about 20 to 80 vol% of ferrite magnetic powder. This is because the inductance can be further improved by containing a small amount of ferrite magnetic powder in the insulating layer.
The thickness b of the insulating layer is preferably about 2 to 40 μm.
[0017]
Next, an upper magnetic layer is formed. The present invention is characterized in that the upper magnetic layer 3 is made of a metal magnetic resin that is a mixture of metal magnetic powder and an insulating binder.
Since the magnetic metal has a higher resonance frequency than ferrite, it can be used at a higher frequency. Therefore, the inductance characteristic in the high frequency region can be advantageously improved by configuring the upper magnetic layer with a metal magnetic resin containing such metal magnetic powder.
[0018]
Here, as the metal magnetic powder is dispersed in a resin, and high permeability metal magnetic powder consisting of Se Ndasuto (Fe- Al -Si).
The volume density of the metal magnetic powder in the metal magnetic resin is in the range of 20 to 80 vol%. More preferably, it is the range of 50-80 vol%.
The thickness c of such a metal magnetic layer is preferably about 50 to 150 μm.
[0019]
Next, FIG. 2 shows an example in which both the upper and lower magnetic layers are composed of a metal magnetic layer that is a mixture of metal magnetic powder and an insulating binder.
In this case, the difference from the case of FIG. 1 is that an insulating layer 5 ′ needs to be interposed between the lower metal magnetic layer 1-2 and the planar coil 2.
The function, material, and thickness a ′ of the insulating layer 5 ′ are the same as those of the insulating layer 5 described above.
[0020]
In either case of FIGS. 1 and 2, a structure in which a substrate is disposed on the lower magnetic layer side can be employed.
As such a substrate, Si or alumina is suitable, but when using a metal magnetic layer containing metal magnetic powder as at least the lower magnetic layer, it is important to use an insulator substrate such as alumina.
[0021]
Next, although the suitable manufacturing method of this invention is demonstrated, the manufacturing conditions of this invention are not limited only to this.
(1) A lower magnetic layer made of a ferrite magnetic layer or a metal magnetic layer is formed on a substrate such as Si or Al ₂ O ₃ .
At this time, as the ferrite magnetic layer, a paste in which ferrite magnetic powder is mixed with an epoxy resin is applied on a substrate by a screen printing method and then thermally cured at about 150 ° C. to obtain a ferrite magnetic resin layer. Alternatively, it may be fired at about 1000 ° C. to obtain a ferrite sintered body. Furthermore, a ferrite sintered plate prepared in advance can also be used.
In order to form the metal magnetic layer, an epoxy resin paste containing sendust powder is printed on a substrate and then thermally cured at 150 ° C.
(2) Next, if the lower magnetic layer is a ferrite magnetic layer, a smooth layer made of epoxy resin or polyimide resin is formed as necessary, and then a Cu seed layer is formed to a thickness of about 0.5 μm by electroless plating. .
On the other hand, when the lower magnetic layer is a metal magnetic layer, after forming an insulating layer made of an epoxy resin, a Cu seed layer is formed in the same manner.
(3) A resist is applied thereon, and the planar coil pattern is exposed and developed to form a resist frame. As for the shape of the planar coil, a spiral coil is generally used.
(4) Deposit Cu in the frame by electroplating.
(5) After removing the resist, unnecessary Cu seed layer is removed by etching.
(6) Paste a mixture of ferrite magnetic powder and epoxy resin is filled between coil wires of a planar coil by screen printing, and heat cured at about 150 ° C.
(7) Next, a resin paste for the insulating layer is applied to the entire surface excluding the terminal portion.
(8) Next, a paste in which metal magnetic powder is mixed with an epoxy resin is applied on this to a thickness of about 100 μm by screen printing and thermally cured at about 150 ° C. to obtain a planar magnetic element.
[0022]
【Example】
Example 1
Ferrite magnetic powder having a composition of Fe ₂ O ₃ / ZnO / NiO = 49/23/28 (mol%) was used, and Sendust (Fe—Al—Si) was used as metal magnetic powder.
First, the lower magnetic layer was formed by the following four methods.
a) A ferrite paste with the above composition is printed on an alumina substrate and then heat-cured at 150 ° C to form a ferrite magnetic resin (ferrite powder volume ratio: 60 vol%). A layer was formed.
b) A ferrite paste having the above composition was printed on an alumina substrate and then fired at 1000 ° C. to form a lower magnetic layer made of a ferrite sintered body with a thickness of 40 μm.
c) A ferrite sintered plate having a thickness of 40 μm was prepared separately.
d) A resin paste containing Sendust powder is printed on an alumina substrate and then thermally cured at 150 ° C. to form a lower magnetic layer having a thickness of 100 μm made of metal magnetic resin (volume ratio of Sendust powder: 60 vol%). Formed.
[0023]
Next, an epoxy resin was applied on each of the obtained lower magnetic layers by spin coating, and then thermally cured at 150 ° C. to form a 10 μm thick smooth layer.
Next, a Cu film having a thickness of 0.5 μm was formed as a seed layer on these by an electroless plating method. Then, after applying a photoresist on the Cu seed layer, a spiral resist frame was formed by photoetching. Thereafter, Cu for the coil was deposited in the resist frame by electroplating, then the resist was peeled off, and then the seed layer between the coils was removed by chemical etching to form a planar coil. In each of these planar coils, the line width was 50 μm, the line interval was 20 μm, the height was 80 μm, and the number of turns was 14.
[0024]
Next, an epoxy resin paste containing ferrite magnetic powder (volume ratio of ferrite magnetic powder: 60 vol%) was screen-printed between coil wires by a screen printing method and then thermally cured. Next, an epoxy resin that does not contain ferrite is printed as an insulating layer (thickness: 10 μm), and then a resin paste containing sendust powder (volume ratio of sendust powder: 60 vol%) is printed on it to a thickness of 100 μm. Then, it was thermally cured to obtain a planar magnetic element.
[0025]
Table 1 shows the structure of each planar magnetic element thus obtained.
Table 2 shows the results of examining the magnetic permeability (μ) of the upper and lower magnetic layers of each planar magnetic element, the inductances at 5 MHz and 20 MHz, and their inductance ratios (L _20M / L _5M ).
[0026]
For comparison, as shown in FIG. 3, after the ferrite paste is printed and fired on the Si substrate 7 to form the lower ferrite layer 8, the planar coil 2 is formed by the same method as the invention example, and then the coil interval is formed. The same investigation was conducted on the same ferrite resin paste printed in a screen printing method and cured to form the upper ferrite layer 9 (Comparative Example 1) (this example is disclosed in JP-A-2001-244124) Equivalent to the technology).
Further, as Comparative Example 2, as shown in FIG. 4, except that only the epoxy resin 10 containing no ferrite is filled between the coil wires of the planar coil 2, the same as the invention example shown in FIG. A similar investigation was conducted.
[0027]
[Table 1]

[0028]
[Table 2]

[0029]
As shown in Table 2, all of the inventive examples were able to obtain a high inductance in a high frequency range of 20 MHz.
[0030]
【The invention's effect】
Thus, according to the present invention, it is possible to stably obtain a planar magnetic element having higher inductance characteristics in a high frequency region than conventional materials.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a first preferred embodiment of a planar magnetic element according to the present invention.
FIG. 2 is a sectional view of a preferred example 2 of a planar magnetic element according to the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a planar magnetic element corresponding to Comparative Example 1 shown in the example.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a planar magnetic element corresponding to Comparative Example 2 shown in the example.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Lower magnetic layer 2 Planar coil 3 Upper magnetic layer 4 Mixture of ferrite magnetic powder and insulating binder 5 5 'Insulating layer 6 Terminal 7 Si substrate 8 Lower ferrite layer 9 Upper ferrite layer
10 Epoxy resin

Claims

A planar magnetic element having a structure having a planar coil between a lower magnetic layer and an upper magnetic layer,
The lower magnetic layer is a ferrite-based magnetic layer, whereas the upper magnetic layer is a mixture of metal magnetic powder consisting of Se Ndasuto (Fe- Al -Si) and the insulating binder volume density of the metal magnetic powder 20 to 80 It consists of a vol% metal magnetic layer, and a gap between the coil wires of the planar coil is filled with a mixture of ferrite magnetic powder and an insulating binder, and the planar coil and the upper magnetic layer are joined via an insulating layer. And a ratio of the inductance L _20M at 20 MHz to the inductance L _{5M at 5} MHz (L _20M / L _5M ) is 0.89 or more.

A planar magnetic element having a structure having a planar coil between a lower magnetic layer and an upper magnetic layer,
Both the lower magnetic layer and the upper magnetic layer, Se Ndasuto (Fe- Al -Si) mixture at a to the volume density is 20 to 80 vol% of the metal magnetic layer of the metal magnetic powder and metal magnetic powder and an insulating binder consisting of The gap between the coil wires of the planar coil is filled with a mixture of ferrite magnetic powder and an insulating binder, and the planar coil and the upper and lower magnetic layers are joined via an insulating layer, respectively. A planar magnetic element having a ratio (L _20M / L _5M ) of an inductance L _20M at 20 MHz to an inductance L _{5M at 0.9} MHz is 0.90 or more.

The planar magnetic element according to claim 1, wherein a substrate is disposed on the lower magnetic layer side.