JP5082675B2 - インダクタおよびインダクタの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電源用チョークコイルやトランス等に利用されるインダクタおよびインダクタの製造方法に関する。

近年、携帯電話やＰＤＡ（personal digital assistant：個人向携帯情報通信）機器等、電池で駆動される携帯機器の利用が進んでいる。これらの携帯機器に対しては、従来からさらなる小型化・軽量化の要求がある。

最近はこれに加えて、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んだ大量情報の高速処理化などの高機能化が求められている。これに伴い、電池からの単一電圧を、ＣＰＵ、ＬＣＤモジュール、通信用パワーアンプなどの様々な搭載デバイスが必要とする各々の電圧レベルに変換できる電源の需要が増加している。

そこで、携帯機器の小型・軽量化と高機能化とを両立させるために、電源に搭載されるトランス、インダクタなどの磁気素子の小型・薄型化を進めることが重要な課題となっている。

このような状況の下で、従来、小型携帯機器に対して焼結フェライトコアにコイルを巻いたトランスやインダクタが搭載されてきた。しかし、これらは薄型化が困難であり、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ている（例えば、特許文献１、２参照。）。

しかし、図９に示すように、フェライト磁性膜でコイルを挟持する構造を用いた場合、コイル印加電流が増えるに連れて、コイル周辺部のフェライト磁性膜に高磁場がかかる。高磁場がかかると、透磁率が低下するため、インダクタのＬ値も低下してしまうという問題がある。さらに、コイル印加電流を増やしていくと、コイル周辺部のフェライト磁性膜の透磁率は更に低下する。また、透磁率が低下するフェライト磁性膜領域がコイル外周部に広がるようになり、磁束がインダクタ外部へ漏れてしまい、更なるインダクタのＬ値低下を招いてしまう。つまり、図９の構造では、直流重畳特性が悪いという問題が生じる。

上記問題の改善方法として、フェライト磁性膜を厚くする方法がある。フェライト磁性膜を厚くすることで、インダクタ外部への磁束の漏れを抑制して直流重畳特性の悪化を防止できるが、小型・薄型化の要求と逆行することになるため、最適な構造とは言えない。

そこで、図１０に示すように、平面コイルのコイル線間の空隙に、フェライト磁性粉と樹脂バインダとの混合物であるフェライト磁性樹脂を形成する積層方法にすることで磁束の経路を分散させる平面磁気素子が提案されている（例えば、特許文献３、４参照。）。

特開２００１−２４４１２３号公報 特開２００１−２４４１２４号公報 特開２００３−３３２１６３号公報 特開２００３−３４７１２２号公報

しかしながら、図１０に示すような平面コイルのコイル線間にフェライト磁性樹脂を形成する構造の場合、平面コイルのコイル線間のフェライト磁性樹脂の透磁率がフェライト磁性膜の透磁率に比べて１桁〜２桁小さいため、コイルに印加電流が加わることにより発生する磁束をコイル線間のフェライト磁性樹脂で留めることができず、隣のコイルに鎖交し、渦電流による銅損の問題が発生する。

また、平面コイル層の厚さが低透磁率であるフェライト磁性樹脂の膜厚（もしくは平面コイル層の厚さ以上）となるため、インダクタのＬ値が低くなってしまうという問題がある。

本発明は、このような課題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明は、異なる２つの透磁率のうち高い方を第１の透磁率、低い方を第２の透磁率とした場合において、コイルが形成され、そのコイル間に第１の透磁率の磁性材料が埋め込まれたコイル形成層と、コイル形成層を間にして上下に隣接して配置され、第２の透磁率の磁性材料から成る２つのコイル隣接層と、コイル形成層および２つのコイル隣接層を上下から挟持するよう配置され、第１の透磁率の磁性材料から成る２つの基材とを備えるインダクタである。

また、本発明は、異なる３つの透磁率のうち最も高いものを第１の透磁率、中間のものを第２の透磁率、最も低いものを第３の透磁率とした場合において、コイルが形成され、そのコイル間に第２の透磁率の磁性材料が埋め込まれたコイル形成層と、コイル形成層の上下における少なくとも一方に隣接して配置され、第３の透磁率の磁性材料から成るコイル隣接層と、コイル形成層およびコイル隣接層を上下から挟持するよう配置され、第１の透磁率の磁性材料から成る２つの基材とを備えるインダクタである。

このような本発明では、磁性特性（透磁率や飽和磁束密度を含むが、本発明では主として透磁率）が異なる磁性材料を用い、第１の透磁率の磁性材料が埋め込まれたコイル形成層の上下を第２の透磁率の磁性材料から成る２つのコイル隣接層で挟み、さらに第１の透磁率の磁性材料から成る２つの基材で挟み込む構造によって、コイルに対してバランスよく磁束の流れる量をコントロールし、コイル近傍の磁場集中を分散させることができる。

また、コイル形成層の上下のうち少なくとも一方に磁性特性が低い（透磁率の低い）絶縁性磁性膜を形成し、コイル間およびコイル周辺部には磁性特性の高い（透磁率の高い）絶縁性磁性膜にすることで、各磁性膜間のGap効果により、磁束の発生する領域を広げ、全体的に磁場を緩和させるコイル内への渦電流損失を抑えることができる。

また、本発明は、異なる２つの透磁率のうち高い方を第１の透磁率、低い方を第２の透磁率とした場合において、第１の透磁率の磁性材料から成る下側基材の上に、第２の透磁率の磁性材料から成る下側コイル隣接層を形成し、その上に第１の透磁率の磁性材料から成るコイル形成層を形成する工程と、コイル形成層に凹部を形成し、この凹部内に導体を埋め込んでコイルを形成し、その表面を平坦化する工程と、平坦化した表面に、第２の透磁率の磁性材料から成る上側コイル隣接層を介して第１の透磁率の磁性材料から成る上側基材を貼り合わせる工程とを備えるインダクタの製造方法である。

また、本発明は、上記インダクタの製造方法における上側基材を貼り合わせる工程において、コイル形成層の平坦化した表面と上側コイル隣接層の表面と活性化した状態で両者を接合する製造方法でもある。

さらに、本発明は、上記インダクタの製造方法における上側基材を貼り合わせる工程において、上側コイル隣接層におけるコイル形成層のコイルと対応する位置に予め金属パターンを形成しておき、この金属パターンの表面と、コイル形成層のコイルの表面とを活性化した状態で両者を接合する製造方法でもある。

また、本発明は、異なる３つの透磁率のうち最も高いものを第１の透磁率、中間のものを第２の透磁率、最も低いものを第３の透磁率とした場合において、第１の透磁率の磁性材料から成る下側基材の上に、第３の透磁率の磁性材料から成る下側コイル隣接層を形成し、その上に第２の透磁率の磁性材料から成るコイル形成層を形成する工程と、コイル形成層に凹部を形成し、この凹部内に導体を埋め込んでコイルを形成し、その表面を平坦化する工程と、平坦化した表面に、第３の透磁率の磁性材料から成る上側コイル隣接層を介して第１の透磁率の磁性材料から成る上側基材を貼り合わせる工程とを備えるインダクタの製造方法でもある。

また、本発明は、異なる３つの透磁率のうち最も高いものを第１の透磁率、中間のものを第２の透磁率、最も低いものを第３の透磁率とした場合において、第１の透磁率の磁性材料から成る下側基材の上に、第３の透磁率の磁性材料から成る下側コイル隣接層を形成し、その上に第２の透磁率の磁性材料から成るコイル形成層を形成する工程と、コイル形成層に凹部を形成し、この凹部内に導体を埋め込んでコイルを形成し、その表面を平坦化する工程と、平坦化した表面に第１の透磁率の磁性材料から成る上側基材を貼り合わせる工程とを備えるインダクタの製造方法でもある。

また、本発明は、異なる３つの透磁率のうち最も高いものを第１の透磁率、中間のものを第２の透磁率、最も低いものを第３の透磁率とした場合において、前記第１の透磁率の磁性材料から成る下側基材の上に、第２の透磁率の磁性材料から成るコイル形成層を形成する工程と、コイル形成層に凹部を形成し、この凹部内に導体を埋め込んでコイルを形成し、その表面を平坦化する工程と、平坦化した表面に、第３の透磁率の磁性材料から成る上側コイル隣接層を介して第１の透磁率の磁性材料から成る上側基材を貼り合わせる工程とを備えるインダクタの製造方法でもある。

これにより、中間の透磁率の磁性材料から成るコイル形成層における上下の少なくとも一方に低い透磁率の磁性材料から成るコイル隣接層を介して高い透磁率の磁性材料から成る上下基材で挟み込んだ構成のインダクタを製造できるようになる。

また、各製造方法において、基材の貼り合わせでは、貼り合わせ表面を活性化した常温接合により貼り合わせを行うことができる。また、金属パターンを介した常温接合もできるようになる。

ここで、常温接合とは、真空中で固体表面をイオンビームにより活性化し、接合の妨げになる表面層を除去して物質が本来持っている結合手を表面に露出させ、結合手同士を直接結合させる手法のことをいい、加熱処理を伴わない接合技術である。

本発明によれば、磁束の漏れ、および渦電流による銅損を含めたコイル特性の劣化やフェライト磁性膜を厚膜化することなく、安定したインダクタを得ることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。

＜本実施形態に係るインダクタの平面構造＞
図１は、本実施形態に係るインダクタの平面構造を説明する模式図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。なお、図１（ａ）の平面図では、説明を分かりやすくするため、実際には見えない内部のコイルの形状を実線で表している。

すなわち、本実施形態に係るインダクタ１は、コイル形成層１０にコイル１１が平面状に埋め込まれたプレーナ型インダクタである。コイル１１は、フェライト磁性膜から成るコイル形成層１０に設けられた凹部（溝）に銅などの金属が埋め込まれることで構成され、本実施形態ではスパイラル状に敷設されている。スパイラルの形状は仕様によって様々な形状をとることができ、またコイル形成層１０とコイル隣接層２０とが互いのコイル１１の電気的導通を確保する形で積層するようにしてもよい。いずれの構成でも、スパイラルの両端には端子となるバンプ（例えば、はんだバンプ）１２が接続され、外側に露出して給電可能となっている。

本実施形態のインダクタ１では、コイル１１が形成されるコイル形成層１０と隣接するコイル隣接層２０が設けられている。そして、このコイル隣接層２０としてコイル形成層１０を構成するフェライト磁性膜の透磁率より低い透磁率から成るフェライト磁性膜によって形成し、これらを上下の基材３０で挟み込む構造となっている。

なお、図１（ｂ）に示す断面構造は本実施形態の一例であり、種々の断面構造については後述する。また、本実施形態ではフェライト磁性膜の磁性特性として透磁率の大きさを規定した説明を行うが、飽和磁束密度の大きさによって規定することもできる。

＜本実施形態に係るインダクタの第１の構造＞
図２は、本実施形態に係るインダクタの第１の構造を説明する模式断面図である。第１の構造では、コイルが形成されるコイル形成層１０と、このコイル形成層１０を間にして上下に隣接して配置される２つのコイル隣接層２０ａ、２０ｂと、これらを上下から挟持するよう配置される２つの基材３０ａ、３０ｂとを有している。

ここで、このインダクタ１においては、異なる２つの透磁率のうち高い方を第１の透磁率、低い方を第２の透磁率とした場合において、コイル形成層１０のコイル１１を構成するコイル線間に埋め込まれる磁性材料が第１の透磁率を有しており、コイル隣接層２０ａ、２０ｂを構成する磁性材料が第２の透磁率を有しており、基材３０ａ、３０ｂを構成する磁性材料が第１の透磁率を有している。

具体的には、下層側から５層のフェライト磁性膜によって構成され、コイル１１は中間の層となるコイル形成層１０においてフェライト磁性膜の膜中に埋め込まれるように形成されている。

図２（ｂ）は、図２（ａ）における一点鎖線枠の拡大図であり、磁束のベクトル図を付したものである。磁束のベクトルが図中矢印で示されるが、基材３０ａ、３０ｂとコイル隣接層２０ａ、２０ｂに流れる磁束は、基材３０ａ、３０ｂとコイル隣接層２０ａ、２０ｂとで透磁率が異なるため、透磁率の低いコイル隣接層２０ａ、２０ｂに沿って外側（図中横方向）に磁束が流れるようになる。また、コイル形成層１０および基材３０ａ、３０ｂは透磁率が高いためコイルへの鎖交がなく、渦電流による銅損の問題が無くなる。

また、コイル形成層１０の上下にコイル隣接層２０ａ、２０ｂを設け、これらを基材３０ａ、３０ｂで挟む構成によって、コイルに対してバランスよく磁束の流れる量をコントロールできるとともに、コイル近傍の磁場集中を分散させることができる。

＜本実施形態に係るインダクタの第２の構造＞
図３は、本実施形態に係るインダクタの第２の構造を説明する模式断面図である。第２の構造では、コイルが形成されるコイル形成層１０と、このコイル形成層を間にして上下に隣接して配置される２つのコイル隣接層２０ａ、２０ｂと、これらを上下から挟持するよう配置される２つの基材３０ａ、３０ｂとを有している。

ここで、このインダクタ１においては、異なる３つの透磁率のうち最も高いものを第１の透磁率、中間のものを第２の透磁率、最も低いものを第３の透磁率とした場合において、コイル形成層１０のコイル１１を構成するコイル線間に埋め込まれる磁性材料が第２の透磁率を有しており、コイル隣接層２０ａ、２０ｂを構成する磁性材料が第３の透磁率を有しており、基材３０ａ、３０ｂを構成する磁性材料が第１の透磁率を有している。

具体的には、下層側から５層のフェライト磁性膜によって構成され、コイルは中間の層となるコイル形成層１０においてフェライト磁性膜の膜中に埋め込まれるように形成されている。

図３（ｂ）は、図３（ａ）における一点鎖線枠の拡大図であり、磁束のベクトル図を付したものである。第２の構造から成るインダクタ１においては、図３（ｂ）に示すようにコイル周辺部に磁束が集中することなくワイドに磁束を流すことができ、コイル遠方部のフェライト磁性膜も有効に利用することが可能となる。また、コイル形成層１０の上下にコイル隣接層２０ａ、２０ｂを設け、これらを基材３０ａ、３０ｂで上下から挟む構成にすることによって、コイルに対してバランスよく磁束の流れる量をコントロールできるとともに、コイル近傍の磁場集中を分散させることができる。

＜本実施形態に係るインダクタの第３の構造＞
図４は、本実施形態に係るインダクタの第３の構造を説明する模式断面図である。第３の構造では、コイル１１が形成されるコイル形成層１０と、このコイル形成層１０の下側に隣接して配置されるコイル隣接層２０ａと、コイル形成層１０とコイル隣接層２０ａとを上下から挟持するよう配置される２つの基材３０ａ、３０ｂとを有している。

ここで、このインダクタ１においては、異なる３つの透磁率のうち最も高いものを第１の透磁率、中間のものを第２の透磁率、最も低いものを第３の透磁率とした場合において、コイル形成層１０のコイルを構成するコイル線間に埋め込まれる磁性材料が第２の透磁率を有しており、コイル隣接層２０ａを構成する磁性材料が第３の透磁率を有しており、基材３０ａ、３０ｂを構成する磁性材料が第１の透磁率を有している。

具体的には、下層側から４層のフェライト磁性膜によって構成され、コイル（１１）は中間の層となるコイル形成層１０においてフェライト磁性膜の膜中に埋め込まれるように形成されている。

このような第３の構造では、先に説明した第２の構造のようにコイル形成層１０の上下両側にコイル隣接層がある場合に比べて磁束のバランスは揃わないものの、コイル形成層１０の下側に設けられたコイル隣接層２０ａによってコイルの上側での磁束を外側（図中横方向）に流すことができ、コイル近傍の磁場集中を分散させることができるようになる。

＜本実施形態に係るインダクタの第４の構造＞
図５は、本実施形態に係るインダクタの第４の構造を説明する模式断面図である。第４の構造では、コイル１１が形成されるコイル形成層１０と、このコイル形成層１０の上側に隣接して配置されるコイル隣接層２０ｂと、これらを上下から挟持するよう配置される２つの基材３０ａ、３０ｂとを有している。

ここで、このインダクタ１においては、異なる３つの透磁率のうち最も高いものを第１の透磁率、中間のものを第２の透磁率、最も低いものを第３の透磁率とした場合において、コイル形成層１０のコイル１１を構成するコイル１１の間に埋め込まれる磁性材料が第２の透磁率を有しており、コイル隣接層２０ｂを構成する磁性材料が第３の透磁率を有しており、基材３０ａ、３０ｂを構成する磁性材料が第１の透磁率を有している。

具体的には、下層側から４層のフェライト磁性膜によって構成され、コイル１１は中間の層となるコイル形成層１０においてフェライト磁性膜の膜中に埋め込まれるように形成されている。

このような第４の構造では、先に説明した第２の構造のようにコイル形成層１０の上下両側にコイル隣接層がある場合に比べて磁束のバランスは揃わないものの、コイル形成層１０の上側に設けられたコイル隣接層２０ａによってコイルの上側での磁束を外側（図中横方向）に流すことができ、コイル近傍の磁場集中を分散させることができるようになる。

＜本実施形態に係るインダクタの製造方法（その１）＞
次に、本発明の製造方法の一実施の形態として、図２に示す第１の構造から成るプレーナ型のインダクタの製造方法を図６〜図７の模式断面図に沿って説明する。なお、以下に説明する製造方法（その１）では、異なる２つの透磁率のうち高い方を第１の透磁率、低い方を第２の透磁率とする。また、本実施形態では、代表的な製造条件について説明するが、本発明はこの製造条件に限定されるものではない。

先ず、図６（ａ）に示すように、第１の透磁率のフェライト磁性膜から成る下側の基材３０ａの上に、第２の透磁率のフェライト磁性膜から成る下側のコイル隣接膜２０ａを形成し、その上に第１の透磁率のフェライト磁性膜から成るコイル形成膜１０を形成する。

ここで、基材３０ａ、コイル隣接膜２０ａおよびコイル形成膜１０は、フェライト焼結基板であり、各々磁性特性の違うフェライト磁性粉を積層形成し、プレスおよび約９５０℃にて焼結させて基板とする。

基材３０ａ、コイル隣接膜２０ａおよびコイル形成膜１０に適用するフェライト磁性膜としては、磁性特性の違うフェライト磁性粉、例えば、ＮｉＯ／ＺｎＯ／Ｆｅ₂Ｏ₃、ＮｉＯ／ＣｕＯ／Ｆｅ₂Ｏ₃、ＮｉＯ／ＺｎＯ／ＣｕＯ／Ｆｅ₂Ｏ₃等やＭｎＯ／ＺｎＯ／Ｆｅ₂Ｏ₃、ＭｎＯ／ＺｎＯ／ＮｉＯ／Ｆｅ₂Ｏ₃等の組成違いによって構成することができる。焼結後の下部フェライト焼結基板（基材３０ａ、コイル隣接膜２０ａおよびコイル形成膜１０）の膜厚は約３００μｍである。

次に、積層形成した基板のコイル形成層１０にコイルを形成するための凹部（溝）を形成するため、図６（ｂ）に示すように、コイル形成層１０の上にマスク材Ｍを形成し、コイル構成部分に開口を形成する。

マスク材Ｍは、例えば液状フォトレジスト、DRY Filmから構成され、コイル形成層１０の表面に設けられる。そして、このマスク材Ｍを介して露光および現像処理を施すことによって所定のパターンＰから成る開口を形成する。開口の形状は平面コイルの形状と対応しており、スパラルコイル型が一般的である。

次に、図６（ｃ）に示すように、図６（ｂ）で形成したマスク材ＭのパターンＰをマスクとして、ここでは例としてブラスターを用いて所定の加工深さまでコイル形成層１０を掘り下げて、コイル用の溝１００ａおよび電極溝１００ｂを形成する。所定の加工深さは約１００μmである。続いて有機溶剤を用いてマスク材Ｍを剥離する。

なお、コイル用の溝１００ａおよび電極溝１００ｂの形成は、上記ブラスターのほか、ウェットエッチング、反応性イオンエッチング、プラズマエッチング、イオンミリングを用いてもよい。

次いで、図６（ｄ）に示すように、スパッタ装置を用いてシードメタル１２０としてＮｉ／Ｃｕを形成する。厚さはＮｉ／Ｃｕ＝約１００ｎｍ／約５００ｎｍである。続いて電解メッキ法にてＣｕから成る巻線材料１２１を所定の膜厚まで形成する。ここで、Ｃｕ膜厚としては後工程である平坦化処理のため、加工深さ以上の膜厚に設定する必要があり、１００μm以上としている。

次に、図７（ａ）に示すように、コイル形成膜１０の表面を平坦化する処理を行う。ここでは、ＣＭＰ（Chemical mechanical Polish）装置を用いてコイル用の溝１００だけにシードメタル１２０であるＮｉ／ＣｕおよびＣｕから成る巻線材料１２１が残るよう平坦化加工し、コイル１１を形成する。これにより、コイル１１がコイル形成膜１０に埋め込まれた状態となる。

次に、図７（ｂ）に示すように、平坦化したコイル形成膜１０に、第２の透磁率のフェライト磁性膜から成る上側のコイル隣接層２０ｂを介して第１の透磁率のフェライト磁性膜から成る上側の基材３０ｂを貼り合わせる処理を行う。

すなわち、下側と同じように、基材３０ｂ、コイル隣接膜２０ｂとして各々磁性特性の違うフェライト磁性粉を積層形成し、プレスおよび約９５０℃にて焼結させて上部フェライト焼結基板を形成する。そして、上部フェライト焼結基板のコイル隣接膜２０ｂの表面をＣＭＰ装置等によって鏡面研磨し、続いて真空中で上下フェライト焼結基板表面にイオンを照射し、活性面を露出させて常温接合を行なう。鏡面研磨の表面粗さは、例えばＲａ＝１ｎｍ以下である。

ここで、常温接合とは、真空中で固体表面をイオンビームにより活性化し、接合の妨げになる表面層を除去して物質が本来持っている結合手を表面に露出させ、結合手同士を直接結合させる手法のことをいい、加熱処理を伴わない接合技術である。

また、上記常温接合による貼り合わせのほか、上部フェライト焼結基板に磁性材の含有した接着シートで仮圧着にて固定し、下部フェライト層として重ね、加重をかけて約１５０℃程度で熱硬化することにより、下部フェライト焼結基板およびコイルと上部磁性フェライト焼結基板とを接合してもよい。また、この接着として、磁性樹脂接着剤や非磁性樹脂接着剤を用いてもよい。

ここで、上部フェライト焼結基板は下部フェライト焼結基板と同様に、上側の基材３０ｂおよび上側コイル隣接膜２０ｂと対応したフェライト磁性膜であり、フェライト磁性膜は例えば、ＮｉＯ／ＺｎＯ／Ｆｅ₂Ｏ₃、ＮｉＯ／ＣｕＯ／Ｆｅ₂Ｏ₃、ＮｉＯ／ＺｎＯ／ＣｕＯ／Ｆｅ₂Ｏ₃等やＭｎＯ／ＺｎＯ／Ｆｅ₂Ｏ₃、ＭｎＯ／ＺｎＯ／ＮｉＯ／Ｆｅ₂Ｏ₃等の組成違いによって構成することができる。焼結後の下部フェライト焼結基板膜厚は約２００μｍである。

次いで、図７（ｃ）に示すように、電極１２１ａの位置に対応する上側の基材３０ｂおよび上側のコイル隣接膜２０ｂにレーザ加工等の方法によって電極１２１ａの表面が露出するまで上部フェライト焼結基板を加工し、端子孔１２１ｂを形成する。ここではブラスターおよびＷｅｔエッチング液を用いて加工してもよい。

その後、図７（ｄ）に示すように、先に開口された端子孔１２１ａにＮｉ／Ａｕ（約５μm）の金属を無電解メッキ法にて成膜し、バンプ１２を形成する。その後、ダイシングすることによって、プレーナ型のインダクタを製造することができる。

なお、上記説明した製造方法は、本実施形態のインダクタにおける第１の構造を製造する方法であるが、図３に示す第２の構造に係るインダクタの構造を製造する場合でも適用可能である。この場合、コイル形成層１０を中間の透磁率から成る磁性材料によって構成すればよい。

また、第３の構造に係るインダクタの構造を製造する場合には、コイル形成層１０を中間の透磁率から成る磁性材料によって構成するとともに、コイル形成層１０と貼り合わせを行う層として、直接上側の基材３０ｂを用いればよく、また、第４の構造に係るインダクタの構造を製造する場合には、下側の基材３０ａの上に直接コイル形成層１０を積層すればよい。

＜本実施形態に係るインダクタの製造方法（その２）＞
図８は、本実施形態に係るインダクタの製造方法（その２）を説明する模式断面図である。この製造方法（その２）では、下部フェライト焼結基板と上部フェライト焼結基板とを貼り合わせる方法が先に説明した製造方法（その１）と異なるため、この貼り合わせ以降の工程について説明する。

先ず、図８（ａ）に示すように、下部フェライト焼結基板のコイル形成層１０にコイル１１が形成された状態で、上部フェライト焼結基板である下側の基材３０ｂと下側のコイル隣接膜２０ｂとが積層された基板との貼り合わせを行う。

ここで、貼り合わせを行うに先立ち、上部フェライト焼結基板の下側のコイル隣接膜２０ｂにおけるコイル形成膜１０との対向面にＣｕ等の金属パターン２００を形成しておく。金属パターン２００は、下側のコイル隣接膜２０ｂの表面におけるコイル１１の巻線構造と対応する位置に設けられている。なお、金属パターン２００は、コイル１１の形状と全く同じであっても、一部が同じとなるように形成してもよい。

そして、貼り合わせを行うにあたり、上部フェライト焼結基板のコイル隣接膜２０ｂの表面をＣＭＰ装置等によって鏡面研磨し、続いて真空中でコイル１１の表面と金属パターン２００の表面とにイオンを照射し、活性面を露出させて常温接合を行なう。鏡面研磨の表面粗さは、例えばＲａ＝１ｎｍ以下である。これにより、コイル１１と金属パターン２００の金属同士が接合され、上下フェライト焼結基板の貼り合わせが行われる。

次いで、図８（ｃ）に示すように、電極１２１ａの位置に対応する上側の基材３０ｂおよび上側のコイル隣接膜２０ｂにレーザ加工等の方法によって電極１２１ａの表面が露出するまで上部フェライト焼結基板を加工し、端子孔１２１ｂを形成する。ここではブラスターおよびＷｅｔエッチング液を用いて加工してもよい。

その後、図８（ｄ）に示すように、先に開口された端子孔１２１ａにＮｉ／Ａｕ（約５μm）の金属を無電解メッキ法にて成膜し、バンプ１２を形成する。その後、ダイシングすることによって、プレーナ型のインダクタを製造することができる。

なお、上記説明した製造方法は、本実施形態のインダクタにおける第１の構造を製造する方法であるが、第２〜第４の構造に係るインダクタの構造を製造する場合でも適用可能である。すなわち、いずれの構造の場合でも、貼り合わせを行う際に、コイル形成層１０のコイル１１の巻線構造と対向する層（基材）の位置に金属パターン２００を形成しておき、コイル１１の表面と金属パターン２００の表面とを活性化した状態で両者を接合すればよい。

＜実施形態の効果＞
このようなプレーナ型のインダクタの構造およびその製造方法によれば、コイル近傍の磁場集中を分散させ、かつコイル線間のコイルに発生する渦電流損失の影響を無くすことができるプレーナ型のインダクタを提供することが可能となる。これにより、設計通りのインダクタンス値、直流重畳特性を得ることを可能となる。

次に、上述した方法により、プレーナ型のインダクタを実際に作成し、積層するフェライト磁性膜の磁性特性を変化させたもので、Ｌ値および直流重畳特性がどのように変化するかを測定した。

ここで、図２〜図５に示す第１の構造〜第４の構造について、図９、図１０に示す従来技術の構造を比較例としてインダクタンスおよび直流重畳特性を確認した。また、フェライト磁性膜の磁性特性はフェライト磁性粉のＮｉＯ/ＺｎＯ/Ｆｅ２Ｏ３の組成比を変化させて透磁率を低、中、高の３種類を作成した。なお、比透磁率は、５〜１０００の範囲である。

＜フェライト磁性膜形成方法＞

図２に示す第１の構造における下部フェライト磁性膜の形成方法は、透磁率が中/低/中になるように３層にフェライト磁性粉の組成を変えて形成する。３層を焼結後に３００μmの厚さになるように作成したのちに９５０℃で焼結する。膜厚比率としては透磁率が中/低/中の膜に対応して１５０/５０/１００μmとした。上部フェライト磁性膜は、透磁率が中/低になるように２層にフェライト磁性粉の組成を変えて形成する。２層を焼結後に２００μmの厚さになるように作成したのちに９５０℃で焼結する。膜厚比率としては、透磁率が中/低の膜に対応して１５０/５０μmとした。

図３に示す第２の構造における下部フェライト磁性膜の形成方法は、透磁率が中/低/高になるように３層にフェライト磁性粉の組成を変えて形成する。３層を焼結後に３００μmの厚さになるように作成したのちに９５０℃で焼結する。膜厚比率としては、透磁率が中/低/高の膜に対応して１５０/５０/１００μmとした。上部フェライト磁性膜は、透磁率が中/低になるように２層にフェライト磁性粉の組成を変えて形成する。２層を焼結後に２００μmの厚さになるように作成したのちに１０００℃で焼結する。膜厚比率としては、透磁率が中/低の膜に対応して１５０/５０μmとした。

図４に示す第３の構造における下部フェライト磁性膜の形成方法は、透磁率が中/低/高になるように３層にフェライト磁性粉の組成を変えて形成する。３層は焼結後に３００μmの厚さになるように作成したのちに９５０℃で焼結する。膜厚比率としては、透磁率が中/低/高の膜に対応して１５０/５０/１００μmとした。上部フェライト磁性膜は、透磁率が中になるように組成は一律で２００μmの厚さになるように作成した。

図５に示す第４の構造では、図４に示す第３の構造を反転させた形であり、図４のフェライト磁性膜の形成方法は同じである。

＜プレーナ型のインダクタの作製方法＞
上記で形成したフェライト磁性膜にDRY Filmからなるマスク材を表面に形成し、露光および現像処理を施すことによって所定のパターンを形成する。平面コイルの形状については、円形のスパラルコイルを用いた。

そして、このパターンをマスクとしてブラスターを用いてコイル溝および電極溝を形成する。所定の加工深さは１００μmである。続いて有機溶剤を用いてマスク材を剥離する。

続いて、スパッタ装置を用いてシードメタルであるＮｉ/Ｃｕを形成する。厚さはＮｉ/Ｃｕ＝１００ｎｍ/５００ｎｍである。続いて、電解メッキ法にてＣｕを１００μm成長させる。

続いてＣＭＰ装置を用いてコイル用の溝だけにＮｉ／ＣｕおよびＣｕを残すように加工し、平面コイルを形成する。その際にＣｕディッシングが発生するが５μm以下に抑えて形成する。

次に、上下部フェライト磁性膜の鏡面研磨を行い、表面粗さをＲａ＝１ｎｍ以下として真空中で上下フェライト焼結基板表面にイオンを照射し、活性面を露出させてから常温接合を行なう。

上部フェライト磁性膜は、図２、図３、図５については２層膜を、図４については単層膜を接合する。

次に、電極Ｃｕの位置にレーザ加工を用いてＣｕ面が露出するまで上部フェライト焼結基板を加工し、端子孔を形成する。開口された端子孔にＮｉ５μｍ＋Ａｕ０．０３μｍを無電解メッキ成膜し、はんだバンプを形成する。その後、ダイシングおよびフリップチップ実装することによって、プレーナ型のインダクタを完成させる。

このようにして得られた各構造のプレーナ型のインダクタと、図９に示す従来構造のインダクタ（比較例１）および図１０に示す従来構造のインダクタ（比較例２）とにおいて、インダクタンス値および直流重畳特性を表１に示す。

上記表１に示したとおり、本発明の実施例である第１の構造〜第４の構造では、いずれも直流重畳特性を３０％以下に抑え、インダクタンスを低下させることなく、プレーナ型のインダクタを形成できる。特に、平面コイルの線間および周辺部に透磁率が高い磁性膜にすることでインダクタンスを高くすることが可能となる。

本実施形態に係るインダクタの平面構造を説明する模式図である。 本実施形態に係るインダクタの第１の構造を説明する模式断面図である。 本実施形態に係るインダクタの第２の構造を説明する模式断面図である。 本実施形態に係るインダクタの第３の構造を説明する模式断面図である。 本実施形態に係るインダクタの第４の構造を説明する模式断面図である。 第１の構造から成るプレーナ型のインダクタの製造方法を説明する模式断面図（その１）である。 第１の構造から成るプレーナ型のインダクタの製造方法を説明する模式断面図（その２）である。 本実施形態に係るインダクタの製造方法（その２）を説明する模式断面図である。 従来のインダクタの構造を説明する模式断面図（その１）である。 従来のインダクタの構造を説明する模式断面図（その２）である。

符号の説明

１…インダクタ、１０…コイル形成層、１１…コイル、１２…バンプ、２０…コイル隣接層、３０…基材

Claims (8)

1. 異なる２つの透磁率のうち高い方を第１の透磁率、低い方を第２の透磁率とした場合において、
   コイル間に前記第１の透磁率の磁性材料が埋め込まれたコイル形成層と、
   前記コイル形成層を間にして上下に隣接して配置され、前記第２の透磁率の磁性材料から成る２つのコイル隣接層と、
   前記コイル形成層および前記２つのコイル隣接層を挟持するよう配置され、前記第１の透磁率の磁性材料から成る２つの基材と
   を備えることを特徴とするインダクタ。
2. 異なる３つの透磁率のうち最も高いものを第１の透磁率、中間のものを第２の透磁率、最も低いものを第３の透磁率とした場合において、
   コイル間に前記第２の透磁率の磁性材料が埋め込まれたコイル形成層と、
   前記コイル形成層の下部に隣接して配置され、前記第３の透磁率の磁性材料から成るコイル隣接層と、
   前記コイル形成層において平坦化された表面に貼り合わせて配置され、前記第１の透磁率の磁性材料から成る基材と
   前記コイル隣接層に隣接して配置され、前記第１の透磁率の磁性材料から成るもう一つの基材と
   を備えることを特徴とするインダクタ。
3. 異なる２つの透磁率のうち高い方を第１の透磁率、低い方を第２の透磁率とした場合において、
   前記第１の透磁率の磁性材料から成る下側基材の上に、前記第２の透磁率の磁性材料から成る下側コイル隣接層を形成し、その上に前記第１の透磁率の磁性材料から成るコイル形成層を形成する工程と、
   前記コイル形成層に凹部を形成し、この凹部内に導体を埋め込んでコイルを形成し、その表面を平坦化する工程と、
   前記平坦化した表面に、前記第２の透磁率の磁性材料から成る上側コイル隣接層を介して前記第１の透磁率の磁性材料から成る上側基材を貼り合わせる工程と
   を備えることを特徴とするインダクタの製造方法。
4. 前記上側基材を貼り合わせる工程では、前記平坦化した表面と前記上側コイル隣接層の表面と活性化した状態で両者を接合する
   ことを特徴とする請求項３記載のインダクタの製造方法。
5. 前記上側基材を貼り合わせる工程では、前記上側コイル隣接層における前記コイル形成層のコイルと対応する位置に予め金属パターンを形成しておき、この金属パターンの表面と、前記コイルの表面とを活性化した状態で両者を接合する
   ことを特徴とする請求項３記載のインダクタの製造方法。
6. 異なる３つの透磁率のうち最も高いものを第１の透磁率、中間のものを第２の透磁率、最も低いものを第３の透磁率とした場合において、
   前記第１の透磁率の磁性材料から成る下側基材の上に、前記第３の透磁率の磁性材料から成る下側コイル隣接層を形成し、その上に前記第２の透磁率の磁性材料から成るコイル形成層を形成する工程と、
   前記コイル形成層に凹部を形成し、この凹部内に導体を埋め込んでコイルを形成し、その表面を平坦化する工程と、
   前記平坦化した表面に前記第１の透磁率の磁性材料から成る上側基材を貼り合わせる工程と
   を備えることを特徴とするインダクタの製造方法。
7. 前記上側基材を貼り合わせる工程では、前記平坦化した表面と前記上側基材の表面と活性化した状態で両者を接合する
   ことを特徴とする請求項６記載のインダクタの製造方法。
8. 前記上側基材を貼り合わせる工程では、前記上側基材における前記コイル形成層のコイルと対応する位置に予め金属パターンを形成しておき、この金属パターンの表面と、前記コイル形成層のコイルの表面とを活性化した状態で両者を接合する
   ことを特徴とする請求項６記載のインダクタの製造方法。

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