JPH0536536A

JPH0536536A - 平面インダクタンス部品

Info

Publication number: JPH0536536A
Application number: JP3193904A
Authority: JP
Inventors: Shinji Saito; 紳治斎藤; Keizaburo Kuramasu; 敬三郎倉増
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1991-08-02
Filing date: 1991-08-02
Publication date: 1993-02-12
Anticipated expiration: 2015-04-17
Also published as: JP3033262B2

Abstract

(57)【要約】【目的】平面コイルを強磁性層で挟んで成る平面イン
ダクタにおいて、スパイラル状導体コイルの一部を細長
く突出させることにより、作成が容易で優れた高周波特
性を持つ平面インダクタを実現する。【構成】フェライト板１１ａ上に厚さ１０μｍのアル
ミニウム膜からなる角型のスパイラル状導体コイル１２
と入出力端子１３ａ，１３ｂが形成されている。スパイ
ラル状導体コイル１２に電極引出しのための突出部１４
が形成されていることが本発明の特徴である。突出部１
４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。上記構成は、スパイラ
ル状導体コイル１２をフェライト板１１ａ，１１ｂが密
着して挟む単純な構成であり、作成が容易なものであ
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１０（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構成を示す平面図、図１０
（ｂ）は図１０（ａ）のＢ−Ｂ′断面図である。

【０００４】図１０（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及び入出力端子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
２ｂ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、前記入出力端子４
ｂにつながっている。さらにスパイラル状導体コイル３
及び引出し電極６を覆うように絶縁体層２ｂ上に絶縁体
層２ｃ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１０
（ａ）においては強磁性体層１ｂを切り欠いて下のスパ
イラル状導体コイル３及び引出し電極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、従来の
図１０（ａ），（ｂ）に示す構成では、真空成膜プロセ
スを用いて作成する場合、下地に凹凸があると、その上
に形成される膜にも同様の凹凸が出来やすい。特にスパ
イラル状導体コイル３の上に膜が４層形成されるので作
成プロセスは非常に複雑なものとなるが、とりわけ強磁
性体層１ａ，１ｂは膜に凹凸があると軟磁気特性が落ち
る原因となるので、平坦性は重要である。

【０００６】また、強磁性体層１ａ，１ｂが絶縁体であ
れば絶縁体層２ａ，２ｂは省略でき薄型化が図れるが、
その場合、強磁性体層１ｂに凸部が生じてしまい、上記
の問題点が原因となる。

【０００７】さらに、スパイラル状導体コイル３と強磁
性体層１ａの間隔は自由に制御できるが、スパイラル状
導体コイル３と強磁性体層１ｂの間隔は引出し電極６が
存在するので自由に制御できず、磁気回路の設計に制約
が生じるという問題点を有する。

【０００８】本発明は上記問題点を解決するもので、小
型かつ薄型で、軟磁気特性の劣化のない平面インダクタ
ンス部品を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明は基板上に設けたスパイラル状のコイル導体
からなるインダクタンスと、このコイル導体の外側端と
内側端にそれぞれ接続するように前記基板上に設けられ
た一対の入出力端子と、前記コイル導体を上下から挟む
ように設けた強磁性体層とを備え、前記コイル導体の内
側端を強磁性体層の外側に突出させるとともにこの内側
端と入出力端子との間に位置するコイル導体を強磁性体
層の外側に突出させ、かつコイル導体の内側端を入出力
端子の一方に接続したものである。

【００１０】

【作用】本発明によれば、作成が容易で小型かつ薄型の
平面インダクタンス部品を得ることが出来る。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例の平面インダクタン
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。

【００１２】（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構成を示す平面図、図
１（ｂ）は図１ａのＢ−Ｂ′線における断面図、図１
（ｃ）は図１（ａ）のＣ−Ｃ′線における断面図であ
る。

【００１３】図１（ａ），（ｂ），（ｃ）を用いて説明
すると、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕフェライト粉を焼結させて形
成した厚さ４００μｍのフェライト板１１ａ上に厚さ１
０μｍのアルミニウム膜からなる角型のスパイラル状導
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１３
ａ，１３ｂが形成されている。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。また前記内側端１５と入出力端子１３ｂ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
１３ｂ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。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４００μｍ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１ａ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。

【００１４】このようにフェライト板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
イング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。

【００１５】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１００μｍ、線間隔
は１０μｍ、Ｃ−Ｃ′線における大きさは３０００μ
ｍ、Ｃ−Ｃ′線に対し垂直で突出部１４を通らない直線
上における大きさが３０００μｍである。突出部の幅は
線幅及び線間隔から計算されるように３２０μｍ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
はＣ−Ｃ′線における幅が突出部の幅よりも大きければ
よい。また、形状も角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。

【００１６】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。

【００１７】（実施例２）以下、本発明の第２の実施例
について説明する。

【００１８】図２（ａ）は第２の実施例における平面イ
ンダクタの構成を示す平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）
のＢ−Ｂ′線における断面図、図２（ｃ）は図２（ａ）
のＣ−Ｃ′線における断面図である。図３は本実施例に
おいて強磁性体層として用いた積層磁性膜の構成を示し
た断面図である。図３において３１はアモルファス構造
のＣｏＮｂＺｒ層、３２はＳｉＯ₂層である。図３に示
したようにＣｏＮｂＺｒ層３１は必ずＳｉＯ₂層３２に
挟まれた状態になっている。

【００１９】図２（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と、絶縁性の基
板２１上に厚さ２．５μｍのＣｏＮｂＺｒ層と厚さ１μ
ｍのＳｉＯ₂層を交互に積層してなる積層磁性膜２２ａ
が形成されている。積層数はＣｏＮｂＺｒ層が１０層、
ＳｉＯ₂層が１１層である。この積層磁性膜２２ａ上に
厚さ１０μｍのアルミニウム膜からなる導体コイル２３
及び入出力端子２４ａ，２４ｂが形成されている。導体
コイル２３はスパイラル状導体コイルをジグザグに折り
曲げたような形状である。導体コイル２３の線幅は１０
０μｍ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２３も図
１の場合と同様、電極引出しのための突出部２５が形成
されている。突出部２５の内側にある内側端２６は金ワ
イヤー２７により実施例１と同様の方法で入出力端子２
４ｂと接続されている。また、積層磁性膜２２ａ上の導
体コイル２３が存在しない部分には絶縁層２８が導体コ
イル２３と同じ１０μｍの厚さで形成されている。さら
に、突出部２５の金ワイヤー２７が露出するように積層
磁性膜２２ｂが導体コイル２３上に形成されている。積
層磁性膜２２ｂの構成は積層磁性膜２２ａと同一であ
る。なお、説明の都合上、図２（ａ）においては積層磁
性膜２２ｂの下に導体コイル２３のみが見える図とし
た。なお、導体コイル２３のサイズはＣ−Ｃ′線におけ
る大きさが２４６０μｍ、Ｃ−Ｃ′線に対して垂直で突
出部２５を通らない直線上における大きさが３４００μ
ｍである。

【００２０】以上説明した部分は図１（ａ），（ｂ），
（ｃ）の構成と基本的には同様なものである。図１
（ａ），（ｂ），（ｃ）の構成と異なる点は導体コイル
２３がジグザグに折り曲げられている点である。これ
は、高周波特性、特に積層磁性膜を用いた平面インダク
タの高周波特性の改善を目的として設計したものであ
る。また、比較の対象として図２のような構成で導体コ
イル２３の代わりに、図１のスパイラル状導体コイル１
２と同一形状のスパイラル状導体コイルを形成した平面
インダクタを作成した。このインダクタの構成を図４に
示す。図４（ａ）は構成を示す平面図、図４（ｂ）は図
４（ａ）のＢ−Ｂ′線における断面図、図４（ｃ）は図
４（ａ）のＣ−Ｃ′線における断面図である。図４
（ａ），（ｂ），（ｃ）において４３はスパイラル状導
体コイルである。その他の構成を示す符号は図２
（ａ），（ｂ），（ｃ）と同じものを用いた。

【００２１】以下、図２のように構成されたインダクタ
をインダクタ（２）、図４のように構成されたインダク
タをインダクタ（４）とする。

【００２２】以下に、インダクタ（２）の動作を図５を
用いて説明する。図５は図２（ｃ）に示した断面におい
て形成される磁気回路の模式図である。また、インダク
タ（４）の動作は図６を用いて説明する。図６は図４
（ｃ）に示した断面において形成される磁気回路の模式
図である。

【００２３】図６では磁束の流れ６１は導線６２全体を
巡り、積層磁性膜６３の中央部分では積層磁性膜６３に
対し磁束の流れ６１が垂直に鎖交する。磁束が垂直に鎖
交すると積層磁性膜６３中のＣｏＮｂＺｒ層は金属的な
導電性を持つので、過電流が発生して電力損失が生じ、
インダクタの高周波特性が悪化する。

【００２４】これに対し、図５では導線５２に流れる電
流の向きが交互になっているので、磁束の流れ５１は細
分化される。そのため、積層磁性膜５３に対し垂直に磁
束の流れ５１が鎖交する部分の面積が減少し、高周波特
性が向上する。すなわち、本実施例のインダクタ２は比
較のために作成したインダクタ４に比べ、優れた周波数
特性を持つ。

【００２５】同様の効果は、一般に知られるミアンダ型
の導体コイルでも得られるが（例えば IEEE Tr.,MAG-2
0,pp1804-1806,1984）、ミアンダ型コイルは１ターンコ
イルなので大きいインダクタンスは得られない。それに
対し本実施例の導体コイル２３はターン数の２乗倍のイ
ンダクタンスを得ることが出来る。

【００２６】積層磁性膜５３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＝√
（μｒ・ｇ・ｔｍ／２）と表すことが出来ることが知ら
れている（例えば電気学会マグネティックス研究会 MA
G-89-164）。ここで、μｒは積層磁性膜５３の比透磁
率、ｇは積層磁性膜の５３間のギャップ、ｔｍはＣｏＮ
ｂＺｒ層の総厚みである。μｒ＝１５００，ｇ＝１０μ
ｍ，ｔｍ＝２５μｍを代入するとλ＝４３０μｍにな
る。インダクタ（２）においては、隣接し電流が同じ向
きに流れる導線５２の合計幅は２１０μｍであり、λに
比べて十分小さい。よって、導線５２に鎖交する磁束の
磁束密度は小さく、近接効果による損失は小さく抑える
ことが出来る。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。
同じことがインダクタ（４）についてもいえる。また、
λが４３０μｍなので、積層磁性膜２２ａ，２２ｂが磁
心として有効に働いている部分は隣接し電流の向きが同
じである導線近傍に限られる。そのため、インダクタ
（２）の方が積層磁性膜２２ａ，２２ｂが磁心として働
いている面積の全体に対する比はインダクタ（４）より
も大きいことになる。

【００２７】以下に、インダクタ（２）及びインダクタ
（４）のインダクタンスを測定した結果について述べ
る。インダクタ（２）の１００kHzにおけるインダクタ
ンスは２．０μＨであり、空心状態に比べ約２０倍であ
った。一方、インダクタ（４）の１００kHzにおけるイ
ンダクタンスは２．４μＨであり、空心状態に比べ約１
５倍であった。このことは、前述したようにインダクタ
２のほうがインダクタ４よりも磁心として働いている積
層磁性膜２２ａ，２２ｂの面積が広いことを示してい
る。

【００２８】なお、図９にインダクタ（２）とインダク
タ（４）のインダクタンスの周波数特性を示す。なお、
図９においては１００kHzにおけるインダクタ（２）の
インダクタンスを１として規格化して示している。図９
から明らかなように、インダクタ（４）のインダクタン
スは周波数が高くなるのに伴い減少するが、インダクタ
（２）のインダクタンスには１０MHz程度までフラット
な特性を示す。この結果から明らかなように、本実施例
によるインダクタ（２）は比較のために作成したインダ
クタ４よりも優れた周波数特性を示す。

【００２９】以上のように、本実施例の導体コイル２３
のようにスパイラル状導体コイルをジグザグに折り曲げ
た形状の平面コイルとすれば、良好な周波数特性の平面
インダクタが得られる。

【００３０】なお、本実施例においては積層磁性膜とし
てＣｏＮｂＺｒとＳｉＯ₂を積層したものを用いている
が、軟磁気特性に優れた合金属と絶縁層による積層磁性
膜であれば本実施例のインダクタに用いることができる
のは当然である。

【００３１】（実施例３）以下、本発明の第３の実施例
について説明する。

【００３２】図８（ａ）は第３の実施例における平面イ
ンダクタの構成を示す平面図、図８（ｂ）は図８（ａ）
のＢ−Ｂ′線における断面図、図８（ｃ）は図８（ａ）
のＣ−Ｃ′線における断面図である。図８（ａ），
（ｂ），（ｃ）において２１は基板、２２ａ，２２ｂは
積層磁性膜、２３は導体コイル、２４ａ，２４ｂは入出
力端子、２５は突出部、２６は内側端、２７は金ワイヤ
ー、２８は絶縁層である。

【００３３】以上説明した部分は図２（ａ），（ｂ），
（ｃ）の構成と基本的には同様なものである。図２
（ａ），（ｂ），（ｃ）と異なる点は積層磁性膜２２
ａ，２２ｂが導体コイル２３全体をはさむように形成さ
れていない点である。すなわち、積層磁性膜２２ａ，２
２ｂは導体コイル２３の電流の流れる向きが同じで隣接
する導線の上下に、導線をはさむように２５０μｍの幅
でジグザグ状に形成されている。この積層磁性膜２２
ａ，２２ｂの幅をＷ_m，導体コイル２３のターン数を
Ｎ_s，導線の幅をＷ_cとすると、図８（ａ），（ｂ），
（ｃ）の構成ではＮ_s・Ｗ_c＜Ｗ_m＜（Ｎ_s＋１）・Ｗ_cの
条件を満たして設計する必要がある。本実施例において
はＮ_s＝２，Ｗ_c＝１００μｍであるから、２００μｍ＜
Ｗ_m＜３００μｍの範囲でＷ_mを選択できる。

【００３４】以下図８（ａ），（ｂ），（ｃ）のように
構成されたインダクタをインダクタ（８）とする。

【００３５】以下にインダクタ（８）の動作を図７を用
いて説明する。図７は図８（ｃ）に示した断面において
形成される磁気回路の模式図である。図７において７１
は磁束の流れ、７２は導線、７３は積層磁性膜である。
λ＝４３０μｍ，Ｗ_m＝２５０μｍであるので、磁束の
流れ７１は積層磁性膜７３中を積層磁性膜７３に対して
平行に流れ垂直に鎖交する成分は少ない。また、図５と
比べて積層磁性膜７３に対して垂直に磁束の流れ７１が
鎖交する面積は減少しており、図２の構成に比べさらに
周波数特性は向上する。また、積層磁性膜２２ａ，２２
ｂが細長くなるため、長手方向に形状異方性が生じる。
このため長手方向が磁化容易軸となり、励磁される方向
と９０度ずれる。よって、磁化応答の高速性が増し、高
周波特性が改善される。

【００３６】次にインダクタ（８）のインダクタンスを
測定した結果について述べる。インダクタ（８）の１０
０kHzにおけるインダクタンスは１．７μＨであり、イ
ンダクタ（２）に比べ１５％減少した。図９にインダク
タ（８）の周波数特性を示す。なお、図９においてイン
ダクタ２の１００kHzにおけるインダクタンスを１とし
て規格化してある。図９から明らかなように本実施例に
よるインダクタ（８）はインダクタ（２）よりもさらに
周波数特性が良く、３０kHz程度までフラットな特性を
示す。この結果から明らかなように、本実施例によるイ
ンダクタ（８）はインダクタ（２）よりもさらに優れた
高周波特性を持つ。

【００３７】以上のように、本実施例のように隣接し電
流の流れる向きが同じである導線の上下にのみ積層磁性
膜２２ａ，２２ｂを形成すれば、優れた周波数特性の平
面インダクタが得られる。

【００３８】なお、実施例１，２，３においては平面イ
ンダクタのみを作成したが、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成る平面トランス
を作成する際も有効であることは言うまでもない。

【００３９】

【発明の効果】以上のように、本発明はスパイラル状導
体コイルの一部を細長く突出させることにより、作成が
容易で優れた高周波特性を持つ平面インダクタ，平面ト
ランスを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
ンダクタの構成を示す平面図（ｂ），（ｃ）は同平面インダクタの断面図

【図２】（ａ）は本発明の第２の実施例における平面イ
ンダクタの構成を示す平面図（ｂ），（ｃ）は同平面インダクタの断面図

【図３】本発明の第２の実施例において強磁性体層とし
て用いた積層磁性膜の構成を示す断面図

【図４】（ａ）は本発明の第２の実施例において比較の
ために作成した平面インダクタの構成を示す平面図（ｂ），（ｃ）は同平面インダクタの断面図

【図５】本発明の第１の実施例において形成される磁気
回路の模式図

【図６】本発明の第２の実施例において形成される磁気
回路の模式図

【図７】本発明の第３の実施例において形成される磁気
回路の模式図

【図８】（ａ）は本発明の第３の実施例における平面イ
ンダクタの構成を示す平面図（ｂ），（ｃ）は同平面インダクタの断面図

【図９】本発明の第２及び第３の実施例における平面イ
ンダクタの周波数によるインダクタンスの変化を示した
特性図

【図１０】（ａ）は従来の平面インダクタの構成を示す
平面図（ｂ）は同平面インダクタ断面図

【符号の説明】

１１ａ，１１ｂフェライト板１２スパイラル状導体コイル１３ａ，１３ｂ入出力端子１４突出部１５内側端１６金ワイヤー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基本上に設けたスパイラル状のコイル導体
からなるインダクタンスと、このコイル導体の外側端と
内側端にそれぞれ接続するように前記基板上に設けた一
対の入出力端子と、前記コイル導体を上下から挟むよう
に設けた強磁性体層とを備え、前記コイル導体の内側端
を強磁性体層の外側に突出させるとともにこの内側端と
入出力端子との間に位置するコイル導体を強磁性体層の
外側に突出させ、かつコイル導体の内側端を入出力端子
の一方に接続したことを特徴とする平面インダクタンス
部品。
【請求項２】コイル導体がジグザグに折り曲げられた形
状であることを特徴とする請求項１記載の平面インダク
タンス部品。
【請求項３】隣接し電流の流れる向きが同じである導体
間の距離が、隣接し電流の流れる向きが逆である導体間
の距離よりも小さいことを特徴とする請求項２記載の平
面インダクタンス部品。
【請求項４】強磁性体層と絶縁体層を積んで構成した積
層磁性膜を電流の流れる向きが同じで隣接する導体の上
下にのみ形成したことを特徴とする請求項１または２記
載の平面インダクタンス部品。