JPH05308022A

JPH05308022A - 平面インダクタンス部品

Info

Publication number: JPH05308022A
Application number: JP11119092A
Authority: JP
Inventors: Shinji Saito; 紳治斎藤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-04-30
Filing date: 1992-04-30
Publication date: 1993-11-19
Anticipated expiration: 2015-01-24
Also published as: JP3003385B2

Abstract

(57)【要約】【目的】スパイラル状の導体コイルを強磁性体層で挟
んでなる平面インダクタにおいて、優れた高周波特性を
持ち作製が容易な平面インダクタを提供する。【構成】フェライト板１１ａ上にアルミニウム膜から
なる２本の平行な導体を巻いた角型のスパイラル状導体
コイル１２と入出力端子１３ａ，１３ｂとが形成され、
そのスパイラル状導体コイル１２には電極引出しのため
の突出部１４が設けられている。そして突出部１４の内
側にある内側端１５は金ワイヤー１６により入出力端子
１３ｂと接続されている。この構成により、導体を平行
な２本としたことで表皮効果が有効に働いて高周波領域
における損失が小さくなり、また、突出部１４を設けた
ことで内側端１５と入出力端子１３ｂとの接続が簡単に
なるなど作製が容易になる。

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）×
Ｌ₁／２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

【特許請求の範囲】

【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る平
面インダクタンス部品。
【請求項２】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請求項１記載の平面インダクタン
ス部品。
【請求項３】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。
【請求項４】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２または３記載の
平面インダクタンス部品。
【請求項５】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４記載の平面インダクタンス部品。