JPH0737728A - 薄膜インダクタおよび薄膜トランス - Google Patents
薄膜インダクタおよび薄膜トランスInfo
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- JPH0737728A JPH0737728A JP5179546A JP17954693A JPH0737728A JP H0737728 A JPH0737728 A JP H0737728A JP 5179546 A JP5179546 A JP 5179546A JP 17954693 A JP17954693 A JP 17954693A JP H0737728 A JPH0737728 A JP H0737728A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 薄膜インダクタおよび薄膜トランスにおい
て、限られた空間的制約の下で平面コイルの銅損を最小
とする。 【構成】 ドーナツ状の絶縁層２の中にスパイラル状の
平面コイル５を埋め込み、絶縁層２の外側を下部磁性膜
３と上部磁性膜４で覆って、薄膜インダクタを基板１上
に形成する。ここで、平面コイル５の線幅を、所定の計
算式に従って、中心から離れるに従い増加させる。これ
により、平面コイル５の各部分の銅損が同一もしくは概
ね同一となるようにし、限られた空間的制約下で平面コ
イル５各部分の発熱をいたる所で均一にし、かつ平面コ
イル５全体の銅損を最小にして低損失化を図る。
て、限られた空間的制約の下で平面コイルの銅損を最小
とする。 【構成】 ドーナツ状の絶縁層２の中にスパイラル状の
平面コイル５を埋め込み、絶縁層２の外側を下部磁性膜
３と上部磁性膜４で覆って、薄膜インダクタを基板１上
に形成する。ここで、平面コイル５の線幅を、所定の計
算式に従って、中心から離れるに従い増加させる。これ
により、平面コイル５の各部分の銅損が同一もしくは概
ね同一となるようにし、限られた空間的制約下で平面コ
イル５各部分の発熱をいたる所で均一にし、かつ平面コ
イル５全体の銅損を最小にして低損失化を図る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、コンバータやスイッチ
ング電源等に好適な、高周波特性に優れる薄膜インダク
タおよび薄膜トランスに関するものである。
ング電源等に好適な、高周波特性に優れる薄膜インダク
タおよび薄膜トランスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、電子機器構成部品の小形化・軽量
化の要請が厳しく、高品質な電力が得られるスイッチン
グ電源等においても小形化は必須の課題であり、スイッ
チング周波数の高周波化により、トランス、コンデンサ
等の部品を小さくすることで小形化が進められてきた。
半導体部品やコンデンサ部品では、ＬＳＩや積層セラミ
ックスコンデンサに代表されるように、早くから薄膜技
術が用いられ、構成部品小形化の要請に十分応えてき
た。一方、トランス・インダクタ等の磁性部品はこれま
でに最も小形化しにくく、また高周波化に伴う損失増加
を抑えることも難しいため、電源の小形化を妨げる第一
の原因であった。このため、現在、高周波スイッチング
電源の体積は、磁性部品の体積によって決定されると言
っても過言ではない。そこで近年、高周波化に対応すべ
く薄膜形成技術を用いた薄膜トランスおよび薄膜インダ
クタの研究が進められ、スイッチング周波数をＭＨｚ帯
域まで高めた小形電源の開発が検討されるようになっ
た。
化の要請が厳しく、高品質な電力が得られるスイッチン
グ電源等においても小形化は必須の課題であり、スイッ
チング周波数の高周波化により、トランス、コンデンサ
等の部品を小さくすることで小形化が進められてきた。
半導体部品やコンデンサ部品では、ＬＳＩや積層セラミ
ックスコンデンサに代表されるように、早くから薄膜技
術が用いられ、構成部品小形化の要請に十分応えてき
た。一方、トランス・インダクタ等の磁性部品はこれま
でに最も小形化しにくく、また高周波化に伴う損失増加
を抑えることも難しいため、電源の小形化を妨げる第一
の原因であった。このため、現在、高周波スイッチング
電源の体積は、磁性部品の体積によって決定されると言
っても過言ではない。そこで近年、高周波化に対応すべ
く薄膜形成技術を用いた薄膜トランスおよび薄膜インダ
クタの研究が進められ、スイッチング周波数をＭＨｚ帯
域まで高めた小形電源の開発が検討されるようになっ
た。
【０００３】図１３は、従来技術（例えば、山口他、
「スパイラル形薄膜トランスの作製と特性」、電気学会
・マグネティックス研究会資料、ＭＡＧ−９１−６２、
１９９１）により薄膜形成技術で作製された薄膜インダ
クタの構造図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）
の線分ＯＰにおける断面図を示す。図中、１は基板、２
は絶縁層、３は下部磁性膜、４は上部磁性膜、５は平面
コイルを示している。また、上面図（ａ）では上部磁性
膜４の一部を除去してその内部の平面コイル５示してい
る。その平面コイル５はスパイラル状に形成されてお
り、所定ターン数のインダクタ用のコイル部が形成され
ている。平面コイル５はドーナツ状の絶縁層２の中に埋
め込まれており、その絶縁層２の外側が基板１上に一面
状に形成された下部磁性膜３と上部磁性膜４とで覆われ
ている。ここで、下部磁性膜３および上部磁性膜４およ
び平面コイル５はスパッタ法等の薄膜形状技術で成膜さ
れており、絶縁層２はスパッタ法によるＳｉＯ2等ある
いはフォトレジスト等の塗布で形成されている。
「スパイラル形薄膜トランスの作製と特性」、電気学会
・マグネティックス研究会資料、ＭＡＧ−９１−６２、
１９９１）により薄膜形成技術で作製された薄膜インダ
クタの構造図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）
の線分ＯＰにおける断面図を示す。図中、１は基板、２
は絶縁層、３は下部磁性膜、４は上部磁性膜、５は平面
コイルを示している。また、上面図（ａ）では上部磁性
膜４の一部を除去してその内部の平面コイル５示してい
る。その平面コイル５はスパイラル状に形成されてお
り、所定ターン数のインダクタ用のコイル部が形成され
ている。平面コイル５はドーナツ状の絶縁層２の中に埋
め込まれており、その絶縁層２の外側が基板１上に一面
状に形成された下部磁性膜３と上部磁性膜４とで覆われ
ている。ここで、下部磁性膜３および上部磁性膜４およ
び平面コイル５はスパッタ法等の薄膜形状技術で成膜さ
れており、絶縁層２はスパッタ法によるＳｉＯ2等ある
いはフォトレジスト等の塗布で形成されている。
【０００４】上記構成において、平面コイル５は、従
来、同一の線幅でスパイラス状に形成されていた。
来、同一の線幅でスパイラス状に形成されていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１３
に示した上記従来技術による薄膜インダクタ（薄膜トラ
ンスの場合でも同様）では、平面コイル５の線幅が同一
であるため、スパイラル状の平面コイル５の外側のコイ
ル抵抗が内側のコイル抵抗より大きくなり、従って外側
での銅損が大きくなる。そのため、平面コイル５の発熱
が不均一となったり、平面コイル５全体の銅損が最小で
はないという問題点があった。
に示した上記従来技術による薄膜インダクタ（薄膜トラ
ンスの場合でも同様）では、平面コイル５の線幅が同一
であるため、スパイラル状の平面コイル５の外側のコイ
ル抵抗が内側のコイル抵抗より大きくなり、従って外側
での銅損が大きくなる。そのため、平面コイル５の発熱
が不均一となったり、平面コイル５全体の銅損が最小で
はないという問題点があった。
【０００６】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたものであり、その目的は、限られた空間的制約の
下で平面コイルの銅損を最小とする薄膜インダクタおよ
び薄膜トランスを提供することである。
されたものであり、その目的は、限られた空間的制約の
下で平面コイルの銅損を最小とする薄膜インダクタおよ
び薄膜トランスを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の薄膜インダクタおよび薄膜トランスでは、
ドーナツ状の絶縁体の中にスパイラル状の導電性薄膜か
らなる１ないし複数の巻線が埋め込まれ前記絶縁体の外
側が磁性薄膜で覆われている構成において、前記巻線の
各部分の銅損が同一もしくは概ね同一となるように前記
巻線の幅が中心から遠ざかるに従い増大されていること
を特徴とする。
め、本発明の薄膜インダクタおよび薄膜トランスでは、
ドーナツ状の絶縁体の中にスパイラル状の導電性薄膜か
らなる１ないし複数の巻線が埋め込まれ前記絶縁体の外
側が磁性薄膜で覆われている構成において、前記巻線の
各部分の銅損が同一もしくは概ね同一となるように前記
巻線の幅が中心から遠ざかるに従い増大されていること
を特徴とする。
【０００８】上記の構成においては、磁性薄膜の中心に
近い部分の膜厚が周辺部の膜厚よりも厚くすることが、
小形化の点で好適である。
近い部分の膜厚が周辺部の膜厚よりも厚くすることが、
小形化の点で好適である。
【０００９】
【作用】本発明の薄膜トランスおよび薄膜インダクタで
は、スパイラル状の巻線の線幅を中心から離れるに従い
増大させることで、巻線の各部分の銅損が同じ値になる
ようにし、限られた空間的制約下で巻線各部分の発熱を
いたる所で均一にし、かつ巻線全体の銅損を最小にして
低損失化を図っている。
は、スパイラル状の巻線の線幅を中心から離れるに従い
増大させることで、巻線の各部分の銅損が同じ値になる
ようにし、限られた空間的制約下で巻線各部分の発熱を
いたる所で均一にし、かつ巻線全体の銅損を最小にして
低損失化を図っている。
【００１０】また、中心に近い磁性薄膜の厚みを増した
構造により、磁性薄膜の磁束の集中を緩和してインダク
タンスを増加させ、そのインダクタンスが増加する分、
小形化を可能にしている。
構造により、磁性薄膜の磁束の集中を緩和してインダク
タンスを増加させ、そのインダクタンスが増加する分、
小形化を可能にしている。
【００１１】
【実施例】本発明の実施例を、図面を参照して詳細に説
明する。
明する。
【００１２】図１は本発明の一実施例を示す構成図であ
り、（ａ）は一部を除去して内部を示した上面図、
（ｂ）は（ａ）における中心から周辺への線分ＯＰにお
ける断面図を示す。図中、１は基板、２は絶縁層、３は
下部磁性膜、４は上部磁性膜、５は中心から離れるほど
線幅を増大させた薄膜構造の平面コイル、Ｗ1は最も内
側の平面コイルの幅、Ｗ2，Ｗ3…Ｗnは順にその外側の
平面コイル５の幅、Ｗsは平面コイル部全体の幅、Ｄは
各コイル間の絶縁距離、Ｒは最も内側のコイル５の内半
径である。
り、（ａ）は一部を除去して内部を示した上面図、
（ｂ）は（ａ）における中心から周辺への線分ＯＰにお
ける断面図を示す。図中、１は基板、２は絶縁層、３は
下部磁性膜、４は上部磁性膜、５は中心から離れるほど
線幅を増大させた薄膜構造の平面コイル、Ｗ1は最も内
側の平面コイルの幅、Ｗ2，Ｗ3…Ｗnは順にその外側の
平面コイル５の幅、Ｗsは平面コイル部全体の幅、Ｄは
各コイル間の絶縁距離、Ｒは最も内側のコイル５の内半
径である。
【００１３】平面コイル５はスパイラル状に形成されて
おり、所定ターン数のトランス用またはインダクタ用の
コイル部が形成されている。平面コイル５はドーナツ状
の絶縁層２の中に埋め込まれており、その絶縁層２の外
側が基板１上に形成された下部磁性膜３と上部磁性膜４
とで覆われている。本実施例では、限られた空間的制約
の下で銅損を最小にするために、スパイラル状の各コイ
ル５の幅Ｗ1，Ｗ2，Ｗ3，…Ｗnを、以下の計算式に概ね
従って中心から離れるほど増大させる。
おり、所定ターン数のトランス用またはインダクタ用の
コイル部が形成されている。平面コイル５はドーナツ状
の絶縁層２の中に埋め込まれており、その絶縁層２の外
側が基板１上に形成された下部磁性膜３と上部磁性膜４
とで覆われている。本実施例では、限られた空間的制約
の下で銅損を最小にするために、スパイラル状の各コイ
ル５の幅Ｗ1，Ｗ2，Ｗ3，…Ｗnを、以下の計算式に概ね
従って中心から離れるほど増大させる。
【００１４】計算式は、図２に示した本発明の平面コイ
ル部の別の構成例である同心円状コイルを例として、近
似して説明する。図中、５は同心円状の平面コイルであ
り、各コイル５は平面コイル切断部５ａを有し、その切
断部５ａの端部で平面コイル接続部５ｂにより隣接する
他のコイル５に接続され、全体としてスパイラル状に形
成されている。以下では、平面コイル切断部５ａおよび
平面コイル接続部５ｂの影響は無視する。最も外側のコ
イル５の外周上の一点とこの点から中心に向けて下ろし
た垂線が最も内側のコイル５の内周と交わる点との距離
をＷsとし、この垂線と交わる各コイル５の外周上の点
と内周上の点との距離を同心円の内側から順にＷ1から
Ｗn（ｎはコイルのターン数を示す２以上で任意の整
数）とし、各コイル５の幅の中心の一点と円の中心との
距離（半径）を同心円の内側から順にＲ1からＲnとし、
最も内側のコイル５の内周上の一点と円の中心との距離
をＲとし、さらに各コイル間の絶縁のために設けたコイ
ル間絶縁距離をＤとした場合に、以下の（１）から
（３）式を満足するようにＷ1からＷnまでを求める。こ
れらの計算式は、各コイル５の銅損が同一になるように
導かれたものである。
ル部の別の構成例である同心円状コイルを例として、近
似して説明する。図中、５は同心円状の平面コイルであ
り、各コイル５は平面コイル切断部５ａを有し、その切
断部５ａの端部で平面コイル接続部５ｂにより隣接する
他のコイル５に接続され、全体としてスパイラル状に形
成されている。以下では、平面コイル切断部５ａおよび
平面コイル接続部５ｂの影響は無視する。最も外側のコ
イル５の外周上の一点とこの点から中心に向けて下ろし
た垂線が最も内側のコイル５の内周と交わる点との距離
をＷsとし、この垂線と交わる各コイル５の外周上の点
と内周上の点との距離を同心円の内側から順にＷ1から
Ｗn（ｎはコイルのターン数を示す２以上で任意の整
数）とし、各コイル５の幅の中心の一点と円の中心との
距離（半径）を同心円の内側から順にＲ1からＲnとし、
最も内側のコイル５の内周上の一点と円の中心との距離
をＲとし、さらに各コイル間の絶縁のために設けたコイ
ル間絶縁距離をＤとした場合に、以下の（１）から
（３）式を満足するようにＷ1からＷnまでを求める。こ
れらの計算式は、各コイル５の銅損が同一になるように
導かれたものである。
【００１５】 Ｒ1／Ｗ1＝Ｒ2／Ｗ2＝…＝Ｒn／Ｗn …（１） Ｒn＝Ｒ＋Ｗ1＋…＋Ｗn-1＋（ｎ−１）Ｄ＋Ｗn／２ …（２） Ｗn＝Ｗs−Ｗ1−…−Ｗn-1−（ｎ−１）Ｄ …（３） 上記の計算式では、平面コイル部の巻数が３ターンまで
は代数的に解いて求めることができるが、４ターン以上
では代数的に求めることができない。そこで巻数が４タ
ーン以上の場合には数値計算を使用する。
は代数的に解いて求めることができるが、４ターン以上
では代数的に求めることができない。そこで巻数が４タ
ーン以上の場合には数値計算を使用する。
【００１６】次に、上記実施例による具体的な作製例に
より、本実施例の作用効果を説明する。
より、本実施例の作用効果を説明する。
【００１７】図３（ａ），（ｂ）は、本発明の実施例に
よる具体的な第１の作製例を示す薄膜インダクタ用コイ
ル部の上面図（ａ）と薄膜インダクタの断面図（ｂ）で
ある。図中、１は基板、２は絶縁層、３は下部磁性膜、
４は上部磁性膜、５は中心から離れるほど線幅を増大さ
せたスパイラル状の薄膜構造の平面コイル、Ｗ1は最も
内側の平面コイルの幅、Ｗ2，Ｗ3，Ｗ4は順にその外側
の平面コイル５の幅、Ｗsは平面コイル部全体の幅、Ｄ
は各コイル間の絶縁距離、Ｒは最も内側のコイル５の内
半径である。平面コイル５は、同心円状に形成されてい
て平面コイル切断部５ａを有し、その切断部５ａの端部
で平面コイル接続部５ｂにより隣接する他の平面コイル
５に接続され、全体としてスパイラル状に形成されてい
る。
よる具体的な第１の作製例を示す薄膜インダクタ用コイ
ル部の上面図（ａ）と薄膜インダクタの断面図（ｂ）で
ある。図中、１は基板、２は絶縁層、３は下部磁性膜、
４は上部磁性膜、５は中心から離れるほど線幅を増大さ
せたスパイラル状の薄膜構造の平面コイル、Ｗ1は最も
内側の平面コイルの幅、Ｗ2，Ｗ3，Ｗ4は順にその外側
の平面コイル５の幅、Ｗsは平面コイル部全体の幅、Ｄ
は各コイル間の絶縁距離、Ｒは最も内側のコイル５の内
半径である。平面コイル５は、同心円状に形成されてい
て平面コイル切断部５ａを有し、その切断部５ａの端部
で平面コイル接続部５ｂにより隣接する他の平面コイル
５に接続され、全体としてスパイラル状に形成されてい
る。
【００１８】本作製例において、平面コイル５の巻数は
４ターン、各ターンのコイル間に絶縁のために設ける隔
離距離Ｄは１０μｍ、最も内側の同心円状のコイル５の
内半径Ｒは７０μｍ、平面コイル全体の幅Ｗsは２３０
μｍ、下部磁性膜３および上部磁性膜４の厚さは１０μ
ｍ、平面コイル５の厚さは１０μｍ、下部磁性膜３と平
面コイル５および上部磁性膜４と平面コイル５との隔離
距離はそれぞれ１０μｍとしている。この条件を
（１），（２），（３）式に代入して計算すると、Ｗ1
は２５．５μｍ、Ｗ2は３８．４μｍ、Ｗ3は５６．０μ
ｍ、Ｗ4は８０．１μｍとなる。Ｗ1からＷ4が５０μｍ
と等しく設計された従来例の平面コイルの抵抗と本実施
例の抵抗をＡｎｓｏｆｔ社（米国、Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇ
ｈ）の有限要素法による静磁界計算プログラムＭａｇｎ
ｅｔｏｓｔａｔ Ｓｏｌｖｅｒにより計算すると、本発
明の実施例による平面コイル５の抵抗は従来例の８８％
に減少している。また、直流のインダクタンスを、下部
磁性膜３および上部磁性膜４の比透明率を１０００とし
て上記Ｍａｇｎｅｔｏｓｔａｔ Ｓｏｌｖｅｒにより計
算すると、従来例の場合の９９％に減少するに過ぎな
い。ここで平面コイルの性能係数Ｑは平面コイルの抵抗
をＲ、インダクタンスをＬ、角周波数をωとすれば次式
で表される。
４ターン、各ターンのコイル間に絶縁のために設ける隔
離距離Ｄは１０μｍ、最も内側の同心円状のコイル５の
内半径Ｒは７０μｍ、平面コイル全体の幅Ｗsは２３０
μｍ、下部磁性膜３および上部磁性膜４の厚さは１０μ
ｍ、平面コイル５の厚さは１０μｍ、下部磁性膜３と平
面コイル５および上部磁性膜４と平面コイル５との隔離
距離はそれぞれ１０μｍとしている。この条件を
（１），（２），（３）式に代入して計算すると、Ｗ1
は２５．５μｍ、Ｗ2は３８．４μｍ、Ｗ3は５６．０μ
ｍ、Ｗ4は８０．１μｍとなる。Ｗ1からＷ4が５０μｍ
と等しく設計された従来例の平面コイルの抵抗と本実施
例の抵抗をＡｎｓｏｆｔ社（米国、Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇ
ｈ）の有限要素法による静磁界計算プログラムＭａｇｎ
ｅｔｏｓｔａｔ Ｓｏｌｖｅｒにより計算すると、本発
明の実施例による平面コイル５の抵抗は従来例の８８％
に減少している。また、直流のインダクタンスを、下部
磁性膜３および上部磁性膜４の比透明率を１０００とし
て上記Ｍａｇｎｅｔｏｓｔａｔ Ｓｏｌｖｅｒにより計
算すると、従来例の場合の９９％に減少するに過ぎな
い。ここで平面コイルの性能係数Ｑは平面コイルの抵抗
をＲ、インダクタンスをＬ、角周波数をωとすれば次式
で表される。
【００１９】Ｑ＝ωＬ／Ｒ …（４） 従って、抵抗Ｒは８８％に減少、インダクタンスＬは９
９％に減少したのであるから（４）式から、本作製例の
薄膜インダクタではＱが１３％向上することが分かる。
９％に減少したのであるから（４）式から、本作製例の
薄膜インダクタではＱが１３％向上することが分かる。
【００２０】図４は、本発明の実施例による具体的な第
２の作製例を示す断面図である。図中、１は基板、２は
絶縁層、３は下部磁性膜、４は上部磁性膜、５は中心か
ら離れるほど線幅を増大させたスパイラル状の薄膜構造
の平面コイルである。本作製例は、図３の第１の作製例
において下部磁性膜３をドーナツ状に形成し、その上に
絶縁層２に埋め込んだ平面コイル部を形成し、絶縁層２
の回りを上部磁性膜４で覆った作製例である。本作製例
では、中心部の磁性膜が除去された構造となる。図３の
第１の作製例で上記Ｍａｇｎｅｔｏｓｔａｔ Ｓｏｌｖ
ｅｒにより磁力線図を作図すると、図５に示すように中
心部の磁性膜３，４には磁束１０が浸透せず、これらは
高インダクタンス化には寄与していない。図４の本作製
例の構造は、磁束が浸透せず、高インダクタンス化に寄
与していないこの中心部の磁性膜を除去したものであ
る。これを、上記Ｍａｇｎｅｔｏｓｔａｔ Ｓｏｌｖｅ
ｒによりインダクタンスを計算すると従来例の場合の９
８％に減少するに過ぎず、第１の作製例とほぼ同じ性能
係数が得られる。
２の作製例を示す断面図である。図中、１は基板、２は
絶縁層、３は下部磁性膜、４は上部磁性膜、５は中心か
ら離れるほど線幅を増大させたスパイラル状の薄膜構造
の平面コイルである。本作製例は、図３の第１の作製例
において下部磁性膜３をドーナツ状に形成し、その上に
絶縁層２に埋め込んだ平面コイル部を形成し、絶縁層２
の回りを上部磁性膜４で覆った作製例である。本作製例
では、中心部の磁性膜が除去された構造となる。図３の
第１の作製例で上記Ｍａｇｎｅｔｏｓｔａｔ Ｓｏｌｖ
ｅｒにより磁力線図を作図すると、図５に示すように中
心部の磁性膜３，４には磁束１０が浸透せず、これらは
高インダクタンス化には寄与していない。図４の本作製
例の構造は、磁束が浸透せず、高インダクタンス化に寄
与していないこの中心部の磁性膜を除去したものであ
る。これを、上記Ｍａｇｎｅｔｏｓｔａｔ Ｓｏｌｖｅ
ｒによりインダクタンスを計算すると従来例の場合の９
８％に減少するに過ぎず、第１の作製例とほぼ同じ性能
係数が得られる。
【００２１】このように、中心部の磁性膜を除去した作
製例では、その中心部を接続用のパッドやスルーホール
の領域などとして自由に利用できる利点が得られる。
製例では、その中心部を接続用のパッドやスルーホール
の領域などとして自由に利用できる利点が得られる。
【００２２】図６は、本発明の実施例による具体的な第
３の作製例を示す薄膜インダクタの断面図である。図
中、１は基板、２は絶縁層、３は下部磁性膜、４は上部
磁性膜、５は中心から離れるほど線幅を増大させたスパ
イラル状の薄膜構造の平面コイルである。
３の作製例を示す薄膜インダクタの断面図である。図
中、１は基板、２は絶縁層、３は下部磁性膜、４は上部
磁性膜、５は中心から離れるほど線幅を増大させたスパ
イラル状の薄膜構造の平面コイルである。
【００２３】本作製例において、平面コイル部の巻数は
１０ターン、各平面コイル５に絶縁のために設ける隔離
距離Ｄは１０μｍ、最も内側の同心円状のコイル５の内
半径Ｒは７０μｍ、平面コイル部全体の幅Ｗsは５９０
μｍ、下部磁性膜３および上部磁性膜４の厚さは１０μ
ｍ、平面コイル５の厚さは１０μｍ、下部磁性膜３と平
面コイル５との隔離距離および上部磁性膜４と平面コイ
ル５との隔離距離はそれぞれ１０μｍである。この条件
から（１），（２），（３）式によりそれぞれ平面コイ
ル幅を求めると、最も内側のコイル幅Ｗ1は１３．７μ
ｍ、外側へ順にＷ2は１８．３μｍ、Ｗ3は２３．８μ
ｍ、Ｗ4は３０．４μｍ、Ｗ5は３８．３μｍ、Ｗ6は４
７．７μｍ、Ｗ7は５９．０μｍ、Ｗ8は７２．４μｍ、
Ｗ9は８８．６μｍ、最も外側のコイル幅Ｗ10は１０
７．８μｍとなる。Ｗ1からＷ10が５０μｍと等しく設
計された従来例の場合の平面コイルの抵抗と本実施例の
抵抗をＡｎｓｏｆｔ社（米国、Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ）
の有限要素法による静磁界計算プログラムＭａｇｎｅｔ
ｏｓｔａｔ Ｓｏｌｖｅｒにより計算すると、本発明の
実施例による平面コイル５の抵抗は従来例の７７％に減
少している。また、直流のインダクタンスを、磁性膜の
比透明率を１０００として上記Ｍａｇｎｅｔｏｓｔａｔ
Ｓｏｌｖｅｒにより計算すると、従来例の場合の９９
％に減少するに過ぎず、従って平面コイルの性能係数Ｑ
は（４）式により１７％向上することが分かる。
１０ターン、各平面コイル５に絶縁のために設ける隔離
距離Ｄは１０μｍ、最も内側の同心円状のコイル５の内
半径Ｒは７０μｍ、平面コイル部全体の幅Ｗsは５９０
μｍ、下部磁性膜３および上部磁性膜４の厚さは１０μ
ｍ、平面コイル５の厚さは１０μｍ、下部磁性膜３と平
面コイル５との隔離距離および上部磁性膜４と平面コイ
ル５との隔離距離はそれぞれ１０μｍである。この条件
から（１），（２），（３）式によりそれぞれ平面コイ
ル幅を求めると、最も内側のコイル幅Ｗ1は１３．７μ
ｍ、外側へ順にＷ2は１８．３μｍ、Ｗ3は２３．８μ
ｍ、Ｗ4は３０．４μｍ、Ｗ5は３８．３μｍ、Ｗ6は４
７．７μｍ、Ｗ7は５９．０μｍ、Ｗ8は７２．４μｍ、
Ｗ9は８８．６μｍ、最も外側のコイル幅Ｗ10は１０
７．８μｍとなる。Ｗ1からＷ10が５０μｍと等しく設
計された従来例の場合の平面コイルの抵抗と本実施例の
抵抗をＡｎｓｏｆｔ社（米国、Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ）
の有限要素法による静磁界計算プログラムＭａｇｎｅｔ
ｏｓｔａｔ Ｓｏｌｖｅｒにより計算すると、本発明の
実施例による平面コイル５の抵抗は従来例の７７％に減
少している。また、直流のインダクタンスを、磁性膜の
比透明率を１０００として上記Ｍａｇｎｅｔｏｓｔａｔ
Ｓｏｌｖｅｒにより計算すると、従来例の場合の９９
％に減少するに過ぎず、従って平面コイルの性能係数Ｑ
は（４）式により１７％向上することが分かる。
【００２４】図７は本発明の実施例による具体的な第４
の作製例を示す断面図である。図中、１は基板、２は絶
縁層、３は下部磁性膜、４は上部磁性膜、５は中心から
離れるほど線幅を増大させたスパイラル状の薄膜構造の
平面コイルである。本作製例では、下部磁性膜３と上部
磁性膜４を絶縁層２で離間した状態とし、開磁路構造と
したものであるが、図３の第１の実施例と同様の効果が
得られることは明らかである。
の作製例を示す断面図である。図中、１は基板、２は絶
縁層、３は下部磁性膜、４は上部磁性膜、５は中心から
離れるほど線幅を増大させたスパイラル状の薄膜構造の
平面コイルである。本作製例では、下部磁性膜３と上部
磁性膜４を絶縁層２で離間した状態とし、開磁路構造と
したものであるが、図３の第１の実施例と同様の効果が
得られることは明らかである。
【００２５】図８は、本発明の実施例による具体的な第
５の作製例を示す薄膜トランスの断面図である。図中、
１は基板、２は絶縁層、３は下部磁性膜、４は上部磁性
膜、６は１次平面コイル、７は２次平面コイルである。
１次平面コイル６と２次平面コイルはそれぞれ、巻数が
４ターンであり、中心から離れるほど線幅を増大させた
スパイラル状の薄膜構造をなしている。本作製例は、図
３の第１の作製例における平面コイル５を１次平面コイ
ル６と２次平面コイル７の２つに分けて上下に構成した
構造であり、図３の第１の作製例と同様の効果が得られ
ることは明らかである。
５の作製例を示す薄膜トランスの断面図である。図中、
１は基板、２は絶縁層、３は下部磁性膜、４は上部磁性
膜、６は１次平面コイル、７は２次平面コイルである。
１次平面コイル６と２次平面コイルはそれぞれ、巻数が
４ターンであり、中心から離れるほど線幅を増大させた
スパイラル状の薄膜構造をなしている。本作製例は、図
３の第１の作製例における平面コイル５を１次平面コイ
ル６と２次平面コイル７の２つに分けて上下に構成した
構造であり、図３の第１の作製例と同様の効果が得られ
ることは明らかである。
【００２６】図９は、本発明の実施例による具体的な第
６の作製例を示す薄膜トランスの断面図である。図中、
１は基板、２は絶縁層、３は下部磁性膜、４は上部磁性
膜、６は１次平面コイル、７は２次平面コイルである。
１次平面コイル６と２次平面コイルはそれぞれ、巻数が
４ターンであり、中心から離れるほど線幅を増大させた
スパイラル状の薄膜構造をなしている。本作製例も、図
３の第１の実施例における平面コイル５を１次平面コイ
ル６と２次平面コイル７の２つに分けて平面上で互い違
いに構成した構造であり、これもまた図３の第１の作製
例と同様の効果が得られることは明らかである。
６の作製例を示す薄膜トランスの断面図である。図中、
１は基板、２は絶縁層、３は下部磁性膜、４は上部磁性
膜、６は１次平面コイル、７は２次平面コイルである。
１次平面コイル６と２次平面コイルはそれぞれ、巻数が
４ターンであり、中心から離れるほど線幅を増大させた
スパイラル状の薄膜構造をなしている。本作製例も、図
３の第１の実施例における平面コイル５を１次平面コイ
ル６と２次平面コイル７の２つに分けて平面上で互い違
いに構成した構造であり、これもまた図３の第１の作製
例と同様の効果が得られることは明らかである。
【００２７】なお、第５および第６の作製例は、トラン
スの形式によっては、２以上の平面コイルで構成する場
合にも適用できる。
スの形式によっては、２以上の平面コイルで構成する場
合にも適用できる。
【００２８】図１０は、本発明の実施例による具体的な
第７の作製例を示す薄膜インダクタの断面図である。図
中、１は基板、２は絶縁層、３は下部磁性膜、４は上部
磁性膜、５は中心から離れるほど線幅を増大させたスパ
イラル状の薄膜構造の平面コイル、８は追加上部磁性
膜、Ｗmは追加上部磁性膜８の厚さである。本作製例
は、図４の第２の作製例において、中心部に追加上部磁
性膜８を積み上げた構造である。スパイラル状の薄膜イ
ンダクタでは、図６の磁力線図に示したように磁性膜内
側で磁束が集中し、磁性膜が飽和することがある。これ
を緩和するため中心部に近い磁性膜に追加上部磁性膜８
を積み上げている。図４と基本的に同一構造で下部磁性
膜３の厚みを１５μｍ、追加上部磁性膜８の厚さは上部
磁性膜４の厚みと同一の１０μｍとし、Ｗmを１００μ
ｍとしてＭａｇｎｅｔｏｓｔａｔ Ｓｏｌｖｅｒにより
インダクタンスを計算すると、図４の第２の作製例の構
造よりも３９％増加した。また、下部磁性膜３の厚みを
さらに増しておけば、インダクタンスはさらに増加する
ことは明らかである。このように、追加上部磁性膜８を
積み上げることにより、磁性膜の磁束の集中が緩和さ
れ、インダクタンスが増加する。従って、インダクタン
スが増加する分、小形化が可能になるという効果が得ら
れる。
第７の作製例を示す薄膜インダクタの断面図である。図
中、１は基板、２は絶縁層、３は下部磁性膜、４は上部
磁性膜、５は中心から離れるほど線幅を増大させたスパ
イラル状の薄膜構造の平面コイル、８は追加上部磁性
膜、Ｗmは追加上部磁性膜８の厚さである。本作製例
は、図４の第２の作製例において、中心部に追加上部磁
性膜８を積み上げた構造である。スパイラル状の薄膜イ
ンダクタでは、図６の磁力線図に示したように磁性膜内
側で磁束が集中し、磁性膜が飽和することがある。これ
を緩和するため中心部に近い磁性膜に追加上部磁性膜８
を積み上げている。図４と基本的に同一構造で下部磁性
膜３の厚みを１５μｍ、追加上部磁性膜８の厚さは上部
磁性膜４の厚みと同一の１０μｍとし、Ｗmを１００μ
ｍとしてＭａｇｎｅｔｏｓｔａｔ Ｓｏｌｖｅｒにより
インダクタンスを計算すると、図４の第２の作製例の構
造よりも３９％増加した。また、下部磁性膜３の厚みを
さらに増しておけば、インダクタンスはさらに増加する
ことは明らかである。このように、追加上部磁性膜８を
積み上げることにより、磁性膜の磁束の集中が緩和さ
れ、インダクタンスが増加する。従って、インダクタン
スが増加する分、小形化が可能になるという効果が得ら
れる。
【００２９】図１１は、本発明の実施例による具体的な
第８の作製例を示す薄膜インダクタの断面図である。図
中、１は基板、２は絶縁層、３は下部磁性膜、４は上部
磁性膜、５は中心から離れるほど線幅を増大させたスパ
イラル状の薄膜構造の平面コイル、８は追加上部磁性
膜、９は絶縁層である。本作製例は、図１０の第７の作
製例で上部磁性膜４と追加上部磁性膜８との間に絶縁層
９を設ける構造である。図１０の第７の作製例では、磁
性膜の厚みが増加するため、スキンディプス以上の周波
数では、渦電流により磁性膜の損失が急激に増加する。
従って、これを避けるために磁性膜を積層構造にしたも
のである。本作製例の構造でも、上記第８の作製例と同
様の効果が得られることは明らかである。なお、この積
層構造は、第１から第７の作製例においても適用でき、
スキンディプス以上の周波数での渦電流による磁性膜の
損失の低減に効果があることは明らかである。
第８の作製例を示す薄膜インダクタの断面図である。図
中、１は基板、２は絶縁層、３は下部磁性膜、４は上部
磁性膜、５は中心から離れるほど線幅を増大させたスパ
イラル状の薄膜構造の平面コイル、８は追加上部磁性
膜、９は絶縁層である。本作製例は、図１０の第７の作
製例で上部磁性膜４と追加上部磁性膜８との間に絶縁層
９を設ける構造である。図１０の第７の作製例では、磁
性膜の厚みが増加するため、スキンディプス以上の周波
数では、渦電流により磁性膜の損失が急激に増加する。
従って、これを避けるために磁性膜を積層構造にしたも
のである。本作製例の構造でも、上記第８の作製例と同
様の効果が得られることは明らかである。なお、この積
層構造は、第１から第７の作製例においても適用でき、
スキンディプス以上の周波数での渦電流による磁性膜の
損失の低減に効果があることは明らかである。
【００３０】図１２は、本発明の実施例による具体的な
第９の作製例を示す薄膜インダクタの断面図である。図
中、１は基板、２は絶縁層、３は下部磁性膜、４は上部
磁性膜、５はスパイラル状の薄膜構造の平面コイル、９
は絶縁層である。本作製例は、図４の第２の作製例にお
いて中心から離れるほど線幅を増大させたスパイラル状
の平面コイル５の各コイルを分割構造とし、さらに、下
部磁性膜３および上部磁性膜４を絶縁層９を介して積層
構造とした構造である。第８の作製例で述べたと同様
に、コイルにおいてもスキンディプス以上の周波数で
は、渦電流によりコイルの損失が急激に増加する。従っ
て、本作製例は、これを避けるために各コイルを分割構
造にしたものである。本作製例の構造では、磁性膜およ
びコイルのスキンディプス以上の周波数においても図３
の第１の作製例と同様の効果が得られることは明らかで
ある。なお、この分割構造と積層構造は、第１から第８
までの作製例においても適用できる。
第９の作製例を示す薄膜インダクタの断面図である。図
中、１は基板、２は絶縁層、３は下部磁性膜、４は上部
磁性膜、５はスパイラル状の薄膜構造の平面コイル、９
は絶縁層である。本作製例は、図４の第２の作製例にお
いて中心から離れるほど線幅を増大させたスパイラル状
の平面コイル５の各コイルを分割構造とし、さらに、下
部磁性膜３および上部磁性膜４を絶縁層９を介して積層
構造とした構造である。第８の作製例で述べたと同様
に、コイルにおいてもスキンディプス以上の周波数で
は、渦電流によりコイルの損失が急激に増加する。従っ
て、本作製例は、これを避けるために各コイルを分割構
造にしたものである。本作製例の構造では、磁性膜およ
びコイルのスキンディプス以上の周波数においても図３
の第１の作製例と同様の効果が得られることは明らかで
ある。なお、この分割構造と積層構造は、第１から第８
までの作製例においても適用できる。
【００３１】以上、本発明の実施例による具体的な作製
例を９例示したが、他のターン数でも平面コイル５の抵
抗の減少の効果は同様である。また、本実施例の作製例
では、平面コイル５が同心円状のコイルを接続してスパ
イラル状に形成した場合を示したが、いわゆる渦巻形を
したスパイラル状の場合でも任意断面で平面コイル５の
各幅を（１），（２），（３）式で求めれば良い。ま
た、方形や楕円形のように多少いびつな形状であって
も、半径や円周を等価的に真円に合わせて本発明を適用
できることは言うまでもない。このように本発明は、そ
の主旨に沿って種々に応用され、種々の実施態様を取り
得るものである。
例を９例示したが、他のターン数でも平面コイル５の抵
抗の減少の効果は同様である。また、本実施例の作製例
では、平面コイル５が同心円状のコイルを接続してスパ
イラル状に形成した場合を示したが、いわゆる渦巻形を
したスパイラル状の場合でも任意断面で平面コイル５の
各幅を（１），（２），（３）式で求めれば良い。ま
た、方形や楕円形のように多少いびつな形状であって
も、半径や円周を等価的に真円に合わせて本発明を適用
できることは言うまでもない。このように本発明は、そ
の主旨に沿って種々に応用され、種々の実施態様を取り
得るものである。
【００３２】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
高周波用として好適な薄膜インダクタおよび薄膜トラン
スによれば、限られた空間的制約の下で銅損が最小で、
性能係数の高い平面コイルを得ることができる。
高周波用として好適な薄膜インダクタおよび薄膜トラン
スによれば、限られた空間的制約の下で銅損が最小で、
性能係数の高い平面コイルを得ることができる。
【００３３】さらに、本発明の請求項２および４の薄膜
インダクタおよび薄膜トランスによれば、特に、中心に
近い磁性膜の厚みを増した構造としたため、磁性膜の磁
束の集中が緩和され、インダクタンスが増加するので、
インダクタンスが増加する分、小形化が可能になるとい
う効果が得られる。
インダクタおよび薄膜トランスによれば、特に、中心に
近い磁性膜の厚みを増した構造としたため、磁性膜の磁
束の集中が緩和され、インダクタンスが増加するので、
インダクタンスが増加する分、小形化が可能になるとい
う効果が得られる。
【図１】（ａ），（ｂ）は本発明の一実施例を示す上面
図と断面図
図と断面図
【図２】本発明の平面コイル部の別の構成例を示す上面
図
図
【図３】（ａ），（ｂ）は上記の実施例による具体的な
第１の作製例を示す上面図と断面図
第１の作製例を示す上面図と断面図
【図４】上記第１の作製例の一部を変更した第２の作製
例を示す断面図
例を示す断面図
【図５】上記第１の作製例の断面における磁力線図
【図６】上記の実施例による具体的な第３の作製例を示
す断面図
す断面図
【図７】上記の実施例による具体的な第４の作製例を示
す断面図
す断面図
【図８】上記の実施例による具体的な第５の作製例を示
す断面図
す断面図
【図９】上記の実施例による具体的な第６の作製例を示
す断面図
す断面図
【図１０】上記の実施例による具体的な第７の作製例を
示す断面図
示す断面図
【図１１】上記の実施例による具体的な第８の作製例を
示す断面図
示す断面図
【図１２】上記の実施例による具体的な第９の作製例を
示す断面図
示す断面図
【図１３】（ａ），（ｂ）は従来例を示す上面図と断面
図
図
１…基板 ２…絶縁層 ３…下部磁性膜 ４…上部磁性膜 ５…平面コイル ５ａ…平面コイル切断部 ５ｂ…平面コイル接続部 ６…１次平面コイル ７…２次平面コイル ８…追加上部磁性膜 ９…絶縁層
Claims (4)
- 【請求項１】 ドーナツ状の絶縁体の中にスパイラル状
の導電性薄膜からなる巻線が埋め込まれ前記絶縁体の外
側が磁性薄膜で覆われている薄膜インダクタにおいて、
前記巻線の各部分の銅損が同一もしくは概ね同一となる
ように前記巻線の幅が中心から遠ざかるに従い増大され
ていることを特徴とする薄膜インダクタ。 - 【請求項２】 磁性薄膜の中心に近い部分の膜厚が周辺
部の膜厚よりも厚いことを特徴とする請求項１記載の薄
膜インダクタ。 - 【請求項３】 ドーナツ状の絶縁体の中に複数のスパイ
ラル状の導電性薄膜からなる巻線が埋め込まれ前記絶縁
体の外側が磁性薄膜で覆われている薄膜トランスにおい
て、前記巻線の各部分の銅損が同一もしくは概ね同一と
なるように前記巻線の幅が中心から遠ざかるに従い増大
されていることを特徴とする薄膜トランス。 - 【請求項４】 磁性薄膜の中心に近い部分の膜厚が周辺
部の膜厚よりも厚いことを特徴とする請求項３記載の薄
膜トランス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17954693A JP3359099B2 (ja) | 1993-07-21 | 1993-07-21 | 薄膜インダクタおよび薄膜トランス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17954693A JP3359099B2 (ja) | 1993-07-21 | 1993-07-21 | 薄膜インダクタおよび薄膜トランス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0737728A true JPH0737728A (ja) | 1995-02-07 |
| JP3359099B2 JP3359099B2 (ja) | 2002-12-24 |
Family
ID=16067643
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17954693A Expired - Lifetime JP3359099B2 (ja) | 1993-07-21 | 1993-07-21 | 薄膜インダクタおよび薄膜トランス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3359099B2 (ja) |
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