JPH1074626A - Thin magnetic element, its manufacture, and transformer - Google Patents

Thin magnetic element, its manufacture, and transformer

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JPH1074626A
JPH1074626A JP27023296A JP27023296A JPH1074626A JP H1074626 A JPH1074626 A JP H1074626A JP 27023296 A JP27023296 A JP 27023296A JP 27023296 A JP27023296 A JP 27023296A JP H1074626 A JPH1074626 A JP H1074626A
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Japan
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magnetic
thin film
thin
coil
coil pattern
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Withdrawn
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JP27023296A
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Japanese (ja)
Inventor
Kiyoto Yamazawa
清人 山沢
Yasuo Hayakawa
康男 早川
Takashi Hatauchi
隆史 畑内
Teruhiro Makino
彰宏 牧野
Yutaka Naito
豊 内藤
Naoya Hasegawa
直也 長谷川
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Alps Alpine Co Ltd
Original Assignee
Alps Electric Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/04Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing coils
    • H01F41/041Printed circuit coils
    • H01F41/046Printed circuit coils structurally combined with ferromagnetic material

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable introduction of magnetic flux generated by a coil pattern formed on at least one side of a base into a magnetic thin film with efficiency, by forming the magnetic thin film on the coil pattern so that the coil pattern will be covered. SOLUTION: A coil body (coil pattern) 22 is placed on both sides of a substrate (base) 21, and the exterior of the coil bodies 22 and the surface of the substrate around the coil bodies 22 are covered with a magnetic thin film 23. The coil bodies 22 are formed by forming a coil conductor 24 having a rectangular cross-section on the front side and the underside of the substrate 21 in a zigzag pattern. The substrate 21 is constituted of resin such as polyimide or an insulating, non-magnetic material such as ceramic. The magnetic thin film 23 is comprised of a special soft magnetic material having a high specific resistance, which is a composition of one or more elements selected from Fe, Co and Ni, a lanthanoid rare earth metal element, such as La and Ce, and element of Al and Si.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は基体にコイルパター
ンを形成してなり、コイルパターン上に磁性薄膜を設け
た構造の薄型磁気素子およびその製造方法とトランスに
関する。
The present invention relates to a thin magnetic element having a structure in which a coil pattern is formed on a base and a magnetic thin film is provided on the coil pattern, a method for manufacturing the same, and a transformer.

【0002】[0002]

【従来の技術】磁気素子の小型化、高性能化に伴い、数
100MHz以上の周波数における透磁率の高い軟磁性
材料、特に5kG以上の高い飽和磁束密度と共に、高い
比抵抗を有し、かつ低い保磁力を有するものが要求され
ている。中でもトランスにおいては高い比抵抗を有する
ものが特に求められている。高い飽和磁束密度をもつ磁
性材料としてはFeあるいはFeを主成分とする合金が
多く知られているが、スパッタ法などの成膜技術により
これらの合金の磁性膜を作成すると、飽和磁束密度は高
いものの、保磁力が大きく、また比抵抗が小さくなって
しまい、高周波数領域において良好な軟磁気特性を得る
ことは困難であった。更に、バルク材料として多用され
ているフェライトは薄膜状態では優れた軟磁気特性を得
ることができないものであった。
2. Description of the Related Art Along with the miniaturization and high performance of a magnetic element, a soft magnetic material having a high magnetic permeability at a frequency of several hundred MHz or more, particularly a high saturation magnetic flux density of 5 kG or more, a high specific resistance, and a low specific resistance. A material having a coercive force is required. Among them, a transformer having a high specific resistance is particularly required. As a magnetic material having a high saturation magnetic flux density, Fe or an alloy containing Fe as a main component is widely known. However, when a magnetic film of these alloys is formed by a film forming technique such as a sputtering method, the saturation magnetic flux density is high. However, the coercive force was large and the specific resistance was small, and it was difficult to obtain good soft magnetic characteristics in a high frequency range. Further, ferrite, which is frequently used as a bulk material, cannot obtain excellent soft magnetic properties in a thin film state.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】また、高周波数におけ
る透磁率低下の原因の一つに渦電流の発生による損失が
ある。この高周波透磁率の低下の一因である渦電流損失
を防ぐために、薄膜化および薄膜の高抵抗化を図ること
が望まれている。しかしながら、磁気特性を保ったまま
比抵抗を高めることは非常に難しく、センダスト等の結
晶合金や、アモルファス合金等の軟磁性薄膜の比抵抗
は、数十〜百数十μΩ・cm程度と小さく、少なくとも5
kG(0.5T)以上の飽和磁束密度を確保しながら比
抵抗を高めた軟磁性合金が求められている。また、合金
を薄膜として得る場合には、磁歪の発生などの影響によ
り良好な軟磁気特性を得ることはさらに困難である。
One of the causes of a decrease in magnetic permeability at a high frequency is a loss due to the generation of an eddy current. In order to prevent eddy current loss, which is one of the causes of the decrease in the high-frequency magnetic permeability, it is desired to reduce the thickness and increase the resistance of the thin film. However, it is very difficult to increase the specific resistance while maintaining the magnetic characteristics, and the specific resistance of a soft alloy thin film such as a crystalline alloy such as Sendust or an amorphous alloy is as small as several tens to one hundred and several tens μΩcm, At least 5
There is a demand for a soft magnetic alloy having an increased specific resistance while securing a saturation magnetic flux density of kG (0.5 T) or more. When an alloy is obtained as a thin film, it is more difficult to obtain good soft magnetic properties due to the influence of magnetostriction and the like.

【0004】以上のような軟磁性薄膜材料の問題を有す
る技術背景において、磁気素子の小型軽量化をなし得た
構成のプレーナ型コイルの一例として、図13と図14
に示すように、上下の基板1、2間に2層構造のコイル
導体を配してなるものが知られている。この例のコイル
Kは、上下の基板1、2の相対向する面にそれぞれ磁性
薄膜3と絶縁膜4を積層し、上下の絶縁膜4、4間に設
けられたフレキシブル基板5にそれを両側から挟んだ状
態のコイル導体6、6を設けた構造にされている。図1
4に前記コイル導体6の平面形状を示すが、この例のコ
イル導体6はつづら折れ部分6aを2つ並設してそれら
を接続部6bで接続したつづら折れ型のコイル本体7と
されている。
In the technical background having the problem of the soft magnetic thin film material described above, FIGS. 13 and 14 show an example of a planar coil having a structure capable of reducing the size and weight of a magnetic element.
As shown in FIG. 1, there is known an arrangement in which a coil conductor having a two-layer structure is arranged between upper and lower substrates 1 and 2. In the coil K of this example, a magnetic thin film 3 and an insulating film 4 are respectively laminated on opposing surfaces of upper and lower substrates 1 and 2, and both sides are placed on a flexible substrate 5 provided between the upper and lower insulating films 4 and 4. It has a structure in which coil conductors 6, 6 sandwiched between are provided. FIG.
FIG. 4 shows a plan view of the coil conductor 6. The coil conductor 6 of this embodiment is a coiled coil body 7 in which two coiled portions 6a are juxtaposed and connected by a connecting portion 6b. .

【0005】前記構造のつづら折れ型のコイルKにあっ
ては、高周波特性に優れた利点を有するものの、コイル
Kを製造するためには、基板1、2に磁性薄膜3、4を
積層し、それらとは別個にフレキシブル基板5の両面に
メッキやスクリーン印刷法により厚膜状のコイル本体7
を形成したものを製造し、コイル本体7、7を備えたフ
レキシブル基板5の両面を挟むように基板1、2を位置
合わせしてから貼り合わせて製造する必要があり、構成
部品が多いために、製造組立に手間が多くかかり、歩留
まりが低下し易い問題があった。また、前記つづら折れ
型のコイルKにあっては、コイル導体6と磁性薄膜3が
絶縁膜4を介して離間されているために、コイル導体6
の周囲に発生した磁束が磁性薄膜内に有効に入り込まな
くなり、効率が低下する問題があった。
[0005] The coiled coil K having the above-described structure has an advantage of excellent high frequency characteristics. However, in order to manufacture the coil K, the magnetic thin films 3 and 4 are laminated on the substrates 1 and 2. Separately from these, a thick film-shaped coil body 7 is formed on both sides of the flexible substrate 5 by plating or screen printing.
It is necessary to manufacture a product formed with the above, and to manufacture it by positioning and bonding the substrates 1 and 2 so as to sandwich both sides of the flexible substrate 5 having the coil bodies 7 and 7. In addition, there is a problem in that the production and assembly takes a lot of time and the yield is likely to decrease. In the meander-shaped coil K, since the coil conductor 6 and the magnetic thin film 3 are separated via the insulating film 4, the coil conductor 6
There is a problem that the magnetic flux generated around the magnetic thin film does not effectively enter the magnetic thin film and the efficiency is reduced.

【0006】本発明は前記事情に鑑みてなされたもので
あり、構成部品が少なく、組立が容易であり、全体を成
膜装置で製造することができて薄型化が可能であり、コ
イル導体周囲の渦電流発生による損失を少なくすること
ができる薄型磁気素子を提供すること、およびその製造
方法並びに前記薄型磁気素子を備えたトランスを提供す
ることを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, has few components, is easy to assemble, can be manufactured entirely by a film forming apparatus, can be made thinner, and has a coil conductor periphery. It is an object of the present invention to provide a thin magnetic element capable of reducing the loss due to the generation of the eddy current, a method of manufacturing the thin magnetic element, and a transformer including the thin magnetic element.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するために、基体の少なくとも一方の面に形成されたコ
イルパターンと、このコイルパターン上にコイルパター
ンを覆って形成された磁性薄膜とを具備したものであ
る。前記構成において、磁性薄膜が前記コイルパターン
に接して設けられていても良い。また、磁性薄膜が絶縁
膜を介してコイルパターン上に形成されていても良く、
前記構成において、コイルパターンが基体上に形成され
た磁性薄膜上に形成され、コイルパターンを構成するコ
イル導体がその周囲を磁性薄膜により包み込まれていて
も良い。
According to the present invention, there is provided a coil pattern formed on at least one surface of a substrate, and a magnetic thin film formed on the coil pattern so as to cover the coil pattern. It is provided with. In the above configuration, a magnetic thin film may be provided in contact with the coil pattern. Further, a magnetic thin film may be formed on the coil pattern via an insulating film,
In the above configuration, the coil pattern may be formed on the magnetic thin film formed on the base, and the coil conductor constituting the coil pattern may be surrounded by the magnetic thin film.

【0008】次に、前記構成において、基体の対向する
両方の面にコイルパターンが形成され、コイルパターン
間の基体に貫通孔が形成され、基体両側の磁性薄膜が貫
通孔を介し接続されてなる構成でも良い。また、コイル
パターンの平面形状がミアンダ型、つづら折れ型であっ
ても良い。次に、基体上のコイルパターン上に形成され
た磁性薄膜が平面型にされてなることが好ましい。ま
た、基体上のコイルパターンの周囲にコイルパターンを
埋め込む磁性層が設けられ、この磁性層の磁性材料がそ
の上に形成された磁性薄膜の磁性材料と異なるものとさ
れてなるものでも良い。更に、基体上のコイルパターン
の周囲に形成された磁性層が、Ni-Fe合金、Co-F
e合金あるいはNi-Fe-Co合金のいずれかを主体と
して構成されたものでも良い。また、基体上のコイルパ
ターンの周囲に形成された磁性層が、メッキにより形成
されたものでも良い。次に、コイルパターンの平面形状
がスパイラル型とされていても良い。
Next, in the above structure, a coil pattern is formed on both opposing surfaces of the base, a through hole is formed in the base between the coil patterns, and magnetic thin films on both sides of the base are connected via the through hole. A configuration may be used. Further, the planar shape of the coil pattern may be a meander type or a meander type. Next, it is preferable that the magnetic thin film formed on the coil pattern on the base is made flat. A magnetic layer for embedding the coil pattern around the coil pattern on the base may be provided, and the magnetic material of the magnetic layer may be different from the magnetic material of the magnetic thin film formed thereon. Further, the magnetic layer formed around the coil pattern on the substrate is made of a Ni—Fe alloy, Co—F
An alloy mainly composed of either an e-alloy or a Ni-Fe-Co alloy may be used. Further, the magnetic layer formed around the coil pattern on the base may be formed by plating. Next, the planar shape of the coil pattern may be a spiral type.

【0009】次に、前記構成において、Fe,Co,N
iの内の1種または2種以上を主成分とする平均結晶粒
径30nm以下の微細結晶相と、ランタノイド系希土類
元素(La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,G
d,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Luのうちの1種
または2種以上)と、Ti,Zr,Hf,Ta,Nb,
Mo,Wより選ばれる1種または2種以上の元素MとO
からの化合物または元素MとNの化合物を主成分とする
非晶質相からなる磁性薄膜が、磁心の一部または全部に
用いられてなるものでも良い。
Next, in the above structure, Fe, Co, N
i, a fine crystal phase having an average crystal grain size of 30 nm or less and a lanthanoid rare earth element (La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, G)
d, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Lu, one or more of them), Ti, Zr, Hf, Ta, Nb,
One or more elements M and O selected from Mo and W
Or a magnetic thin film composed of an amorphous phase containing a compound of the elements M and N as a main component may be used for part or all of the magnetic core.

【0010】一方、Fe,Co,Niのうちから選択さ
れる1種または2種以上を元素Aとし、希土類金属元素
(La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,
Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Luの1種または2種
以上)およびTi、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Wの
群から選択される少なくとも1種または2種以上の元素
をMとし、Al,Si,Cr,Pt,Ru,Rh,P
d,Irの群から選択される少なくとも1種または2種
以上の元素をM'とし、OとNのうち、1種または2種
をLとした場合に、Aab M'cdの組成式で示され
る軟磁性材料から磁性薄膜を構成しても良い。次に、前
記各種の構造の薄型磁気素子を備えてトランスが構成さ
れていても良い。
On the other hand, one or more selected from Fe, Co, and Ni are used as the element A, and the rare earth metal elements (La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd,
Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Lu), and at least one or more elements selected from the group consisting of Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, and W And Al, Si, Cr, Pt, Ru, Rh, P
When at least one or two or more elements selected from the group consisting of d and Ir are M ′ and one or two of O and N are L, A a M b M ′ C L d The magnetic thin film may be made of a soft magnetic material represented by the following composition formula. Next, a transformer may be provided with the thin magnetic elements having the various structures.

【0011】本発明の製造方法は、基板上にコイル導体
を形成し、このコイル導体の頂面と周面を絶縁膜で覆う
とともに、この絶縁膜の外面にレジストを被せてから基
板をエッチングしてレジストに覆われていない基板部分
に貫通孔を形成し、この後にレジストを除去して、絶縁
膜に覆われたコイル導体と貫通孔付きの基板を得、この
基板に対して基板表面と基板裏面とコイル導体外方の絶
縁膜と貫通孔を覆うように磁性薄膜を成膜するものであ
る。この製造方法を実施する場合に、前記組成の軟磁性
材料からなる磁性薄膜を用いることができる。
According to the manufacturing method of the present invention, a coil conductor is formed on a substrate, the top surface and the peripheral surface of the coil conductor are covered with an insulating film, and the substrate is etched after covering the outer surface of the insulating film with a resist. A through hole is formed in the portion of the substrate that is not covered with the resist, and then the resist is removed to obtain a substrate with a coil conductor and a through hole covered with an insulating film. The magnetic thin film is formed so as to cover the back surface, the insulating film outside the coil conductor, and the through hole. When this manufacturing method is performed, a magnetic thin film made of a soft magnetic material having the above composition can be used.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。図1と図2は本発明に係る
第1の実施の形態を示すもので、この形態の薄型磁気素
子20は、図1に断面構造を示す基板(基体)21の両
面に図2に平面形状を示すつづら折れ型のコイル本体2
2を備え、コイル本体22の外面とコイル本体22の周
囲の基板表面を覆って磁性薄膜23が被覆されて構成さ
れている。前記コイル本体(コイルパターン)22は、
図1に示す断面長方形状のコイル導体24を基板21の
表面と裏面の各々に図2に示すようにつづら折れ型に形
成してなるもので、この例におけるつづら折れ型とは、
つづら折れ状の折返部22a、22aを2つ並設して接
続し、これらの折返部22a、22aを接続部22bで
接続し、折返部22a、22aと接続部22bに渡って
コイル導体24を8回繰り返し周回してなる形状とさ
れ、コイル本体22の外周側のコイル導体24の端部に
端子パッド24aがコイル本体22の内周側のコイル導
体24の端部に端子パッド24bがそれぞれ形成されて
いる。なお、この形態に対してつづら折れの折返部22
aを3つあるいはそれ以上の必要数だけ接続して構成し
た形状もつづら折れ型の概念に含めることは勿論であ
り、コイル導体24の周回数も8に限らず薄型磁気素子
20に要求される任意の数でよい。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIGS. 1 and 2 show a first embodiment according to the present invention. In this embodiment, a thin magnetic element 20 is provided on both sides of a substrate (base) 21 having a sectional structure shown in FIG. -Shaped coil body 2 showing
The magnetic thin film 23 covers the outer surface of the coil body 22 and the surface of the substrate around the coil body 22. The coil body (coil pattern) 22 includes:
The coil conductor 24 having a rectangular cross section shown in FIG. 1 is formed on each of the front surface and the back surface of the substrate 21 in a zigzag shape as shown in FIG. 2.
Two zigzag folded portions 22a, 22a are juxtaposed and connected, and these folded portions 22a, 22a are connected by a connecting portion 22b. The coil conductor 24 extends over the folded portions 22a, 22a and the connecting portion 22b. A terminal pad 24a is formed at an end of the coil conductor 24 on the outer peripheral side of the coil main body 22, and a terminal pad 24b is formed at an end of the coil conductor 24 on the inner peripheral side of the coil main body 22, respectively. Have been. It should be noted that, in this embodiment, the folded portion 22 is folded.
It is needless to say that a shape formed by connecting three or more required a's is included in the concept of the skewing type, and the number of turns of the coil conductor 24 is not limited to eight but is required for the thin magnetic element 20. Any number is acceptable.

【0013】前記基板(基体)21はポリイミド等の樹
脂製のもの、あるいはセラミック製のものなどからなる
絶縁性の非磁性材料から構成されている。次に、前記磁
性薄膜23は、以下に説明する比抵抗の高い特殊な軟磁
性材料から形成されている。磁性薄膜23を構成する特
殊な軟磁性材料とは、Fe,Co,Niのうちから選択
される1種または2種以上を元素Aとし、ランタノイド
系の希土類金属元素(La,Ce,Pr,Nd,Pm,
Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,L
uのうちの1種または2種以上)およびTi、Zr、H
f、V、Nb、Ta、Wの群から選択される1種または
2種以上の元素をMとし、Al,Si,Cr,Pt,R
u,Rh,Pd,Irの群から選択される1種または2
種以上の元素をM'とし、OとNのうち、1種または2
種以上の元素をLと表記した場合に以下の組成式で示さ
れる。 Aab M'cd 前記の組成式において組成比を示すa,b,c,dは、原子
%で、20≦a≦85、5≦b≦30、0≦c≦10、1
5≦d≦55の関係を満足することが好ましい。 ま
た、磁性薄膜が、前記の組成であって、Fe,Co,N
iの内の1種または2種以上を主成分とする平均結晶粒
径30nm以下の微結晶相と、元素MとOとの化合物ま
たは元素MとNとの化合物を主成分とする非晶質相から
なるものであっても良い。
The substrate (substrate) 21 is made of an insulating non-magnetic material made of resin such as polyimide or ceramic. Next, the magnetic thin film 23 is formed of a special soft magnetic material having a high specific resistance described below. The special soft magnetic material constituting the magnetic thin film 23 is a lanthanoid rare earth metal element (La, Ce, Pr, Nd) in which one or more selected from Fe, Co, and Ni are used as the element A. , Pm,
Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, L
u, one or more of them) and Ti, Zr, H
M is one or more elements selected from the group consisting of f, V, Nb, Ta, and W, and Al, Si, Cr, Pt, R
one or two selected from the group consisting of u, Rh, Pd, and Ir
M ′ represents one or more kinds of elements, and one or two of O and N
When at least one kind of element is represented by L, it is represented by the following composition formula. A a M b M 'c L d a that indicates the composition ratio in the above composition formula, b, c, d are in atomic%, 20 ≦ a ≦ 85,5 ≦ b ≦ 30,0 ≦ c ≦ 10,1
It is preferable to satisfy the relationship of 5 ≦ d ≦ 55. Further, the magnetic thin film has the composition described above, and Fe, Co, N
i, a microcrystalline phase having an average crystal grain size of 30 nm or less as a main component and an amorphous compound mainly containing a compound of elements M and O or a compound of elements M and N; It may be composed of phases.

【0014】更に詳しくは、磁性薄膜の構成材料の組成
をFee f gなる組成系とした場合に、組成比e,f,g
は、原子%で50≦e≦70、5≦f≦30、10≦g≦
40の関係を満足するものとすることがより好ましい。
また、磁性薄膜の構成材料の組成をFehM'ijなる組
成系とした場合に、組成比h,i,jは、原子%で45≦h≦
70、5≦i≦30、10≦j≦40の関係を満足するも
のとすることがより好ましい。次に、Fek l m
る組成系とした場合において、組成比k,l,mは、原子%
で、60≦k≦80、10≦l≦15、5≦m≦30なる
なる関係を満足するものがより好ましい。
More specifically, when the composition of the constituent material of the magnetic thin film is a composition system of Fe e M f O g , the composition ratio e, f, g
Is in atomic% 50 ≦ e ≦ 70, 5 ≦ f ≦ 30, 10 ≦ g ≦
More preferably, the relationship of 40 is satisfied.
Further, the composition of the constituent material of the magnetic thin film when a Fe h M 'i O j becomes composition system, a composition ratio h, i, j is, 45 ≦ h ≦ with atomic%
More preferably, the relationship of 70, 5 ≦ i ≦ 30, and 10 ≦ j ≦ 40 is satisfied. Next, in the case of a composition system of Fe k M l N m , the composition ratio k, l, m is atomic%.
It is more preferable that the following relationship is satisfied: 60 ≦ k ≦ 80, 10 ≦ l ≦ 15, 5 ≦ m ≦ 30.

【0015】前記磁性薄膜の構成材料において、Feは
主成分であり、磁性を担う元素である。高飽和磁束密度
を得るためにFeは多いほど好ましいが、Fe-M-O系
では70原子%以上あると比抵抗が小さくなり易く、F
e-M-N系では80原子%を超えると比抵抗が小さくな
り易い。一方、Feが本発明の範囲未満であると比抵抗
を大きくすることはできるものの、飽和磁束密度が小さ
くなってしまう。希土類元素、あるいは、Ti,Zr,
Hf,V,Nb,Ta,Wの群から選択される元素M
は、軟磁気特性を得るために必要なものである。これら
は酸素あるは窒素と結合し易く、結合することで酸化物
あるいは窒化物を形成する。なお、酸素、窒素と結びつ
きやすい元素としてこれらの他にもAl,Si,Bを挙
げることができる。この酸化物あるいは窒化物の含有量
を調整することによって比抵抗を高めることができる。
また、元素M'は、耐食性を向上させ、磁歪を調整する
ために添加される元素であり、これらの目的のために
は、前記の範囲で含有させることが好ましい。一方、前
記の組成範囲とするならば、磁性薄膜として、400〜
2.0×105μΩ・cmの範囲の高い比抵抗を得ること
ができ、比抵抗を高めることで渦電流損失を低減するこ
とができ、高周波透磁率の低下が抑制され、高周波特性
が改善される。また、特に、Hfには磁歪を抑制する作
用があるものと考えられる。
[0015] In the constituent material of the magnetic thin film, Fe is a main component and is an element responsible for magnetism. In order to obtain a high saturation magnetic flux density, it is preferable to increase the amount of Fe.
In the e-M-N system, when the content exceeds 80 atomic%, the specific resistance tends to decrease. On the other hand, when Fe is less than the range of the present invention, the specific resistance can be increased, but the saturation magnetic flux density decreases. Rare earth elements, or Ti, Zr,
Element M selected from the group of Hf, V, Nb, Ta, W
Is necessary to obtain soft magnetic characteristics. These easily bond with oxygen or nitrogen, and form an oxide or a nitride by bonding. In addition, Al, Si, and B can be mentioned as an element easily connected to oxygen and nitrogen. The specific resistance can be increased by adjusting the content of the oxide or nitride.
The element M ′ is an element added for improving corrosion resistance and adjusting magnetostriction. For these purposes, it is preferable to include the element M ′ in the above range. On the other hand, if the above composition range, the magnetic thin film, 400 ~
A high specific resistance in the range of 2.0 × 10 5 μΩ · cm can be obtained, eddy current loss can be reduced by increasing the specific resistance, and a decrease in high-frequency magnetic permeability is suppressed, and high-frequency characteristics are improved. Is done. In particular, it is considered that Hf has an effect of suppressing magnetostriction.

【0016】前記の構成の薄型磁気素子20を製造する
には、基板21の表面と裏面に成膜法、メッキ法、スク
リーン印刷法などの常法によりつづら折れ型のコイル本
体22を形成し、それから、基板21とコイル本体22
を覆うようにそれらの表面側あるいは裏面側に高抵抗
(high-ρ)のA-M-M'-L系の軟磁性合金薄膜からな
る磁性薄膜23を形成する。前記磁性薄膜23を形成す
る手段については、本発明者らが先に、特願平5―23
3833号(特開平6―316748号)、特願平6―
57890号(特開平7―268610号)等において
開示しているが、基本的にはスパッタ、蒸着等の薄膜形
成法を用いる。
In order to manufacture the thin magnetic element 20 having the above-described structure, a serpentine coil main body 22 is formed on the front and back surfaces of the substrate 21 by a conventional method such as a film forming method, a plating method, and a screen printing method. Then, the substrate 21 and the coil body 22
A magnetic thin film 23 made of a high-resistance (high-ρ) AMM′-L-based soft magnetic alloy thin film is formed on the front surface or the rear surface thereof so as to cover them. Regarding the means for forming the magnetic thin film 23, the present inventors first described in Japanese Patent Application No. Hei.
3833 (JP-A-6-316748), Japanese Patent Application No. 6-316
No. 57890 (JP-A-7-268610) and the like, but basically, a thin film forming method such as sputtering or vapor deposition is used.

【0017】ここで例えば、スパッタ装置としてはRF
2極スパッタ、DCスパッタ、マグネトロンスパッタ、
3極スパッタ、イオンビームスパッタ、対向ターゲット
式スパッタ等の既存のものを使用することができる。次
に、OまたはNを磁性薄膜中に添加する方法としては、
Ar等の不活性ガス中に酸素ガスまたは窒素ガスを混合
したAr+O2 またはAr+N2 混合雰囲気ガスでスパ
ッタを行なう反応性スパッタが有効である。また、F
e、FeM、あるいはFeM系の合金ターゲットの上
に、Fe、元素M、あるいはそれらの酸化物または窒化
物を配置した複合ターゲットを用いてAr等の不活性ガ
ス中で作製することもできる。更に、スパッタ−ゲート
としてFeターゲット上に、希土類元素、あるいはT
i、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Wなどからなるペレ
ットを配置した複合ターゲット等を用いてAr等の不活
性ガス中で製作することもできる。これらの成膜法で得
られる前記組成系の磁性薄膜は成膜のままでは基本的に
非晶質相を主体、あるいは、結晶相と非晶質相の混在す
る組織を有する。
Here, for example, RF is used as a sputtering apparatus.
Bipolar sputtering, DC sputtering, magnetron sputtering,
Existing sources such as tripolar sputtering, ion beam sputtering, and facing target type sputtering can be used. Next, as a method of adding O or N to the magnetic thin film,
Reactive sputtering in which sputtering is performed in an Ar + O 2 or Ar + N 2 mixed atmosphere gas in which an oxygen gas or a nitrogen gas is mixed in an inert gas such as Ar is effective. Also, F
It can also be manufactured in an inert gas such as Ar using a composite target in which Fe, element M, or an oxide or nitride thereof is arranged on e, FeM, or an FeM-based alloy target. Further, a rare earth element or T
It can also be manufactured in an inert gas such as Ar using a composite target or the like on which pellets made of i, Zr, Hf, V, Nb, Ta, W, etc. are arranged. The magnetic thin film of the above-mentioned composition system obtained by these film forming methods basically has an amorphous phase as it is, or has a structure in which a crystalline phase and an amorphous phase are mixed.

【0018】そして、所望の組成の磁性薄膜を成膜後、
300〜600℃に加熱して徐冷するアニール処理を施
して磁性薄膜中に微結晶相を析出させることもできる。
前記軟磁性薄膜にアニール処理を施して一部結晶相を析
出させても良いが、この結晶相の割合は50%よりも少
なくすることが好ましい。結晶相の割合が50%を超え
る場合は、高周波域での透磁率が低下する。ここで組織
中に析出する結晶粒は、粒径が数nm〜30nm程度の
微細なもので、その平均粒径は10nm以下であること
が好ましい。このような微細な結晶粒を析出させること
で、飽和磁束密度を高くすることができる。また、非晶
質相は比抵抗の増大に寄与するものと思われ、この非晶
質相の存在により比抵抗が増大し、ひいては高周波域に
おける透磁率の低下を防止できる。
After forming a magnetic thin film having a desired composition,
A microcrystalline phase can be precipitated in the magnetic thin film by performing an annealing treatment of heating to 300 to 600 ° C. and gradually cooling.
The soft magnetic thin film may be annealed to partially precipitate a crystalline phase, but the proportion of this crystalline phase is preferably less than 50%. If the proportion of the crystal phase exceeds 50%, the magnetic permeability in a high frequency range decreases. Here, the crystal grains precipitated in the structure are fine grains having a grain size of about several nm to 30 nm, and the average grain size is preferably 10 nm or less. By precipitating such fine crystal grains, the saturation magnetic flux density can be increased. The amorphous phase is thought to contribute to an increase in the specific resistance, and the presence of the amorphous phase increases the specific resistance, thereby preventing a decrease in magnetic permeability in a high frequency range.

【0019】図1と図2に示す構造の薄型磁気素子20
であるならば、図13と図14に示した従来構造のコイ
ルKに比べて構成部品が少ないので、別種の成膜装置を
使い分ける必要はなくなり、成膜処理を簡略化できると
ともに、製造時の張り合わせ作業も不要なので、歩留ま
りの向上効果を得ることができる。また、薄型磁気素子
20において、基板21の一方の面のコイル導体24を
1次コイル他方の面のコイル導体24を2次コイルとす
ると、薄型磁気素子20をトランスとして利用すること
ができる。
The thin magnetic element 20 having the structure shown in FIGS. 1 and 2
In this case, the number of components is smaller than that of the coil K having the conventional structure shown in FIGS. 13 and 14, so that it is not necessary to use a different type of film forming apparatus, and the film forming process can be simplified and the manufacturing process can be simplified. Since the laminating operation is unnecessary, the effect of improving the yield can be obtained. In the thin magnetic element 20, when the coil conductor 24 on one surface of the substrate 21 is a primary coil and the coil conductor 24 on the other surface of the substrate 21 is a secondary coil, the thin magnetic element 20 can be used as a transformer.

【0020】更に、コイル導体24に電流が流れる場合
にコイル導体24の周囲にその断面の周まわりに磁束が
発生するが、ここでコイル導体24に磁性薄膜23が密
着しているので、図13に示す従来のコイルKとは異な
り、磁束は磁性薄膜23の内部に十分に入り込むことに
なり、効率が向上する。また、従来構造においてはコイ
ル周辺において大きな渦電流を発生して損失を生じた
が、前記比抵抗の高い磁性薄膜23を用いる構造である
ならば、高周波領域での渦電流の発生が少なく損失の少
ない薄型磁気素子20を提供できる。また、薄型磁気素
子20を低損失にできるので、薄型磁気素子20ならび
にそれを備えるトランスを大電力に耐える構造とするこ
とができ、小型化、軽量化を実現できる。
Further, when a current flows through the coil conductor 24, a magnetic flux is generated around the periphery of the cross section of the coil conductor 24. Here, since the magnetic thin film 23 is in close contact with the coil conductor 24, FIG. Unlike the conventional coil K shown in FIG. 1, the magnetic flux sufficiently enters the inside of the magnetic thin film 23, and the efficiency is improved. Further, in the conventional structure, a large eddy current is generated around the coil to cause a loss. However, if the structure using the magnetic thin film 23 having a high specific resistance is used, the eddy current is less generated in a high frequency region and the loss is reduced. A small thin magnetic element 20 can be provided. In addition, since the thin magnetic element 20 can be reduced in loss, the thin magnetic element 20 and a transformer including the same can have a structure that can withstand high power, and a reduction in size and weight can be realized.

【0021】次に、図2に示すつづら折れ型のコイル本
体22であると、折返部22aにおいて図2の上から順
に矢印aで示す方向への磁束と矢印bで示す方向への磁
束が順次2回繰り返し発生する。即ち、図2のように上
から8本のコイル導体24にわたって同じ向きの矢印a
方向への磁束を生じ、次の8本のコイル導体24には逆
向きの矢印b方向への磁束を生じ、次の8本のコイル導
体24にわたって同じ向きの矢印a方向への磁束を生
じ、更に次の8本のコイル導体24には逆向きの矢印b
方向への磁束を生じる。このように磁束が発生するの
で、磁束の向きが異なる境界部分においては、隣接する
コイル導体24、24において逆向きの磁束になるの
で、隣接するコイル導体24に磁束が飛び難くなり、隣
接するコイル導体24間でのロスを生じ難くなる。
Next, in the case of the serpentine coil main body 22 shown in FIG. 2, the magnetic flux in the direction shown by the arrow a and the magnetic flux in the direction shown by the arrow b are sequentially formed in the folded portion 22a from the top in FIG. Occurs twice. That is, as shown in FIG. 2, the arrow a in the same direction extends over the eight coil conductors 24 from the top.
A magnetic flux in the direction indicated by arrow b in the next eight coil conductors 24, and a magnetic flux in the direction indicated by arrow a in the same direction over the next eight coil conductors 24. Further, the next eight coil conductors 24 have opposite arrows b.
Generates magnetic flux in the direction. Since the magnetic flux is generated as described above, in the boundary portion where the direction of the magnetic flux is different, the magnetic flux becomes opposite in the adjacent coil conductors 24, 24, so that the magnetic flux does not easily fly to the adjacent coil conductor 24, and Loss between the conductors 24 is less likely to occur.

【0022】なお、コイル導体24に磁性薄膜23を密
着できるのは、磁性薄膜23を構成する前記系の軟磁性
材料の比抵抗が十分に高いためである。前記系の磁性薄
膜23の構成材料において、例えば、特開平6―316
748号に添付の表1に開示した通り、Fe46.2Hf
18.235.6なる組成の磁性薄膜であれば、比抵抗ρとし
て133709μΩ・cmの比抵抗を得ることができ
る。しかも、この組成の磁性薄膜の比抵抗値は熱処理後
のものであり、熱処理前にあっては、194000μΩ
・cmの比抵抗を得ることができる。また、その他にも
FeHfO系、FeZrO系、FeNbO系、FeTa
O系、FeTiO系、FeVO系、FeWO系、FeY
O系、FeCeO系、FeSmO系、FeHoO系、F
eGdO系、FeTbO系、FeDyO系、FeErO
系において、組成の調整により215〜1767μΩ・
cm程度の比抵抗を容易に得ることができる。また、特
開平7―268610号に添付の表1と表2に示すよう
に、FeHfN系においても200〜400前後の比抵
抗を容易に得ることができる。従って、比抵抗の高い組
成のものを選択することでコイル導体24に直接磁性薄
膜23を密着形成しても、電流のリークを生じることの
ないコイル本体22を提供できる。また、これらの系の
磁性薄膜において、FeMO系にあっては、特開平6―
316748号に添付の表1に開示した通り、1〜1.
5T(10〜15kG)の飽和磁束密度を得ることがで
き、FeMN系にあっては、特開平7―26810号の
表1に開示した通り、1T(10kG)を超える飽和磁
束密度を容易に得ることができ、いずれの系において
も、フェライト等の飽和磁束密度5kGに比べて遥かに
高い10kG以上の飽和磁束密度のものが容易に得られ
る。
The reason why the magnetic thin film 23 can be brought into close contact with the coil conductor 24 is that the soft magnetic material of the above-mentioned system constituting the magnetic thin film 23 has a sufficiently high specific resistance. In the constituent materials of the magnetic thin film 23 of the above system, for example,
No. 748, Fe 46.2 Hf
With a magnetic thin film having a composition of 18.2 O 35.6 , a specific resistance of 133709 μΩ · cm can be obtained as a specific resistance ρ. Moreover, the specific resistance value of the magnetic thin film having this composition is after the heat treatment, and is 194,000 μΩ before the heat treatment.
-Specific resistance of cm can be obtained. In addition, FeHfO-based, FeZrO-based, FeNbO-based, FeTa
O-based, FeTiO-based, FeVO-based, FeWO-based, FeY
O system, FeCeO system, FeSmO system, FeHoO system, F
eGdO system, FeTbO system, FeDyO system, FeErO
In the system, 215 to 1767 μΩ ·
A specific resistance of about cm can be easily obtained. Further, as shown in Tables 1 and 2 attached to JP-A-7-268610, a specific resistance of about 200 to 400 can be easily obtained even in the case of FeHfN. Therefore, even if the magnetic thin film 23 is formed in close contact with the coil conductor 24 by selecting a composition having a high specific resistance, it is possible to provide the coil body 22 which does not cause a current leak. Further, among the magnetic thin films of these systems, in the case of the FeMO system,
As disclosed in Table 1 attached to 316748, 1-1.
A saturation magnetic flux density of 5 T (10 to 15 kG) can be obtained. In the case of the FeMN system, a saturation magnetic flux density exceeding 1 T (10 kG) can be easily obtained as disclosed in Table 1 of JP-A-7-26810. In any system, a magnetic flux density of 10 kG or more, which is much higher than the saturation magnetic flux density of 5 kG of ferrite or the like, can be easily obtained.

【0023】図3は、本発明に係る第2の実施の形態を
示すもので、この形態の薄型磁気素子30において先の
形態と異なるのは、コイル導体24と磁性薄膜23との
間に絶縁膜31が介在された点である。この絶縁膜31
は、SiO2、Al23、Si34、Ta25等、ある
いは、ポリイミド等の高分子フィルムなどの絶縁材料か
らなる。その他の構造は先の例と同等であり、同一の部
分には同一の符号を付して説明を省略する。
FIG. 3 shows a second embodiment according to the present invention. The thin magnetic element 30 of this embodiment differs from the previous embodiment in that an insulating material is provided between the coil conductor 24 and the magnetic thin film 23. This is the point where the film 31 is interposed. This insulating film 31
Is made of an insulating material such as SiO 2 , Al 2 O 3 , Si 3 N 4 , Ta 2 O 5 , or a polymer film such as polyimide. Other structures are the same as those of the previous example, and the same portions are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.

【0024】この形態の薄型磁気素子30の構造におい
ても基本的な作用と効果は先の形態の薄型磁気素子20
と同等である。この形態において絶縁膜31を設けてい
るのは、コイル導体24に流れる電流が磁性薄膜23側
にリークすることをより完全に防止するためである。前
述の如く前記組成系の磁性薄膜23であれば、比抵抗は
高いものの、組成によって比抵抗の値は変わるので、比
抵抗が比較的低い組成系のものを用いる場合は絶縁膜3
を設けることが好ましい。
The basic operation and effect of the structure of the thin magnetic element 30 of this embodiment are the same as those of the thin magnetic element 20 of the previous embodiment.
Is equivalent to The reason why the insulating film 31 is provided in this embodiment is to completely prevent the current flowing through the coil conductor 24 from leaking to the magnetic thin film 23 side. As described above, if the magnetic thin film 23 has the above-described composition, the specific resistance is high, but the specific resistance varies depending on the composition.
Is preferably provided.

【0025】図4(A)は、本発明に係る第3の実施の
形態を示すもので、この形態の薄型磁気素子35は、基
板21の一面側に一面全部を覆う磁性薄膜36が形成さ
れ、この磁性薄膜36上にこれの全面を覆う絶縁膜37
が形成され、絶縁膜37上にコイル導体24が形成さ
れ、更にコイル導体24が絶縁膜37に連続する絶縁膜
38で覆われ、更に絶縁膜37、38が磁性薄膜39で
覆われた構造とされている。この形態において磁性薄膜
36、38は先に説明した形態の磁性薄膜23と同じ軟
磁性材料から形成され、絶縁膜37、38は先に説明し
た絶縁膜31と同じ材料から構成されている。
FIG. 4A shows a third embodiment according to the present invention. In the thin magnetic element 35 of this embodiment, a magnetic thin film 36 is formed on one surface of a substrate 21 so as to cover the entire surface. An insulating film 37 covering the entire surface of the magnetic thin film 36
Is formed, the coil conductor 24 is formed on the insulating film 37, the coil conductor 24 is further covered with the insulating film 38 continuous with the insulating film 37, and the insulating films 37 and 38 are further covered with the magnetic thin film 39. Have been. In this embodiment, the magnetic thin films 36 and 38 are formed of the same soft magnetic material as the magnetic thin film 23 of the above-described embodiment, and the insulating films 37 and 38 are formed of the same material as the insulating film 31 described above.

【0026】また、この形態の構造であると、コイル導
体24の周囲を磁性薄膜36、39が囲むので図4
(B)の矢印e,fに示すようにコイル導体24の周囲
の磁性薄膜36、39に渡って周回りに環状の磁束が生
じる。また、コイル導体24の周囲に生じる環状の磁束
は絶縁膜37により分断されるが、この分断部分は極め
て狭い領域であり、絶縁膜37はギャップとして作用す
るので、結果的に環状の磁束は磁性薄膜36、39に渡
って環状に生成する。
In the structure of this embodiment, the magnetic thin films 36 and 39 surround the coil conductor 24.
As shown by arrows e and f in (B), an annular magnetic flux is generated around the magnetic thin films 36 and 39 around the coil conductor 24. Further, the annular magnetic flux generated around the coil conductor 24 is divided by the insulating film 37, but the divided portion is an extremely narrow region, and the insulating film 37 acts as a gap. It is formed annularly over the thin films 36 and 39.

【0027】図5(A)は、本発明に係る第4の実施の
形態を示すもので、この形態の薄型磁気素子40は、基
板41の両面に先の第1の形態の構造と同様のコイル導
体42が設けられ、各コイル導体42の各側面と各頂面
を覆う絶縁膜43が形成されるとともに、コイル導体4
2の周囲の基板41に貫通孔44が形成され、基板41
の表裏面と絶縁膜43を覆って前記貫通孔44を埋める
ように磁性薄膜45が形成されている点に特徴がある。
この形態の薄型磁気素子40にあっても先の第1の形態
の構造と同様の効果を奏することができる。なお、基板
41の上側のコイル導体42を1次側、基板41の下側
のコイル導体42を2次側と見立ててトランスを構成す
ると、コイル導体42の周囲には図4(B)に示すよう
に基板41を挟む両側のコイル導体42、42の横断面
に対してコイル導体42、42を周回するように磁束が
生じる。ここで生じる磁束は磁性薄膜45内に生じ、磁
束の生じる経路の途中に磁束を遮るものがないので、鎖
交磁束が多くなる結果、効率の良好な結合係数の高いト
ランスを得ることができる。また、図5(B)において
左右方向に隣接するコイル導体42、42の磁束の向き
が互いに反対側になると、左右に隣接する導体の周囲か
らの磁束の漏れや飛び込みが生じないのでロスも生じ難
い。よって、この構造のトランスであれば1次側に投入
したエネルギーを2次側でロス無く取り出すことがで
き、かつ、発生雑音を少なくすることができる。
FIG. 5A shows a fourth embodiment according to the present invention. In this embodiment, a thin magnetic element 40 has the same structure as that of the first embodiment on both surfaces of a substrate 41. A coil conductor 42 is provided, and an insulating film 43 covering each side surface and each top surface of each coil conductor 42 is formed.
A through-hole 44 is formed in the substrate 41 around the
The magnetic thin film 45 is formed so as to cover the front and back surfaces and the insulating film 43 and fill the through hole 44.
Even with the thin magnetic element 40 of this embodiment, the same effect as the structure of the first embodiment can be obtained. When the transformer is configured by regarding the coil conductor 42 on the upper side of the substrate 41 as the primary side and the coil conductor 42 on the lower side of the substrate 41 as the secondary side, the periphery of the coil conductor 42 is shown in FIG. As described above, the magnetic flux is generated so as to orbit the coil conductors 42 with respect to the cross section of the coil conductors 42 on both sides of the substrate 41. The magnetic flux generated here is generated in the magnetic thin film 45, and there is nothing obstructing the magnetic flux in the middle of the path where the magnetic flux is generated. As a result, the flux linkage increases, so that a transformer with good efficiency and high coupling coefficient can be obtained. Further, in FIG. 5B, if the directions of the magnetic fluxes of the coil conductors 42, 42 adjacent to each other in the left-right direction are opposite to each other, no leakage or jumping of the magnetic flux from around the right and left adjacent conductors occurs, so that a loss occurs. hard. Therefore, with the transformer having this structure, the energy input to the primary side can be extracted without loss at the secondary side, and the generated noise can be reduced.

【0028】図6は、先に示した各形態において用いら
れるコイル導体の他の例を示すもので、この例のコイル
導体46は一般にはミアンダ型と称され、直線状で互い
に平行に隣接された複数の導体片47を接続部48で接
続したジグザグ形状とされている。このコイル導体46
は、隣接する複数の導体片47における磁束の向きが矢
印iあるいは矢印jに示すように交互に逆向きとなるよ
うに生じる。従って、先に示したつづら折れ型のコイル
導体が数本ずつ組となって磁束の向きが逆転するのとは
異なり、1本1本の導体片47どとに磁束の向きが逆転
するので、隣接する導体片47、47の周囲からの磁束
の漏れや飛び込みは更に少なくなり、高周波により適し
た構造であり、このような形状のコイル導体46はMH
z帯域の高周波帯域において損失の少ないコイル導体と
して用いることができる。
FIG. 6 shows another example of the coil conductor used in each of the above-described embodiments. The coil conductor 46 of this example is generally called a meander type, and is linearly adjacent to each other in parallel. A plurality of conductor pieces 47 are connected in a connecting portion 48 to form a zigzag shape. This coil conductor 46
Is generated such that the directions of the magnetic flux in the plurality of adjacent conductor pieces 47 are alternately opposite as shown by arrows i or j. Therefore, unlike the case where the windings of the skew-shaped coil conductors shown above are grouped by several and the direction of the magnetic flux is reversed, the direction of the magnetic flux is reversed with each of the conductor pieces 47. Leakage and penetration of magnetic flux from the periphery of the adjacent conductor pieces 47, 47 are further reduced, and the structure is more suitable for high frequency.
It can be used as a coil conductor with little loss in the z-band high frequency band.

【0029】図7は、本発明に係る第5の実施の形態を
示すもので、この形態の薄型磁気素子50は、基板51
の一面に磁性薄膜52と絶縁膜53が積層され、絶縁膜
53上にコイル導体54が図9に示すようにスパイラル
型に形成され、コイル導体54の周面および頂面を覆っ
て絶縁膜55が被覆され、絶縁膜53と55およびそれ
らにより形成される凹部を覆って磁性薄膜56が形成さ
れている。また、この形態においてコイル導体54が図
9に示すスパイラル型とされていると、図7の矢印に示
すように各コイル導体54の周囲を周回する磁束は矢印
mに示すように同じ向き回りとなり、磁性薄膜52、5
6の部分に収束する磁束の方向はそれぞれP、Qの向き
となる。このようにスパイラル型のコイル導体54を用
いた場合は、それに近接する磁性薄膜52、56の膜面
方向に向く磁束の向きが重要であり、この膜面方向の磁
束が円滑に生成されることで効率が向上する効果があ
る。
FIG. 7 shows a fifth embodiment according to the present invention.
On one surface, a magnetic thin film 52 and an insulating film 53 are laminated, and on the insulating film 53, a coil conductor 54 is formed in a spiral shape as shown in FIG. And a magnetic thin film 56 is formed to cover the insulating films 53 and 55 and the concave portion formed by them. In this embodiment, if the coil conductor 54 is of the spiral type shown in FIG. 9, the magnetic flux circling around each coil conductor 54 as shown by the arrow in FIG. , Magnetic thin film 52, 5
The directions of the magnetic flux converging on the portion 6 are the directions of P and Q, respectively. When the spiral coil conductor 54 is used as described above, the direction of the magnetic flux directed to the film surface direction of the magnetic thin films 52 and 56 adjacent thereto is important, and the magnetic flux in the film surface direction is generated smoothly. This has the effect of improving efficiency.

【0030】この点において図7に示す構造であると、
図1および図3〜5に示す構造とは異なり、コイル導体
54の周囲に平坦化された磁性薄膜52、56が設けら
れ、図1、図3〜図5に示す構造のようにコイル導体回
りの磁性薄膜が凹凸形状にされているものとは異なるた
めに、膜面に平行にP方向あるいはQ方向に磁束成分が
生じることで効率が向上する。なお、この構造において
生じる磁束の場合、絶縁膜53がギャップとして作用
し、磁束がコイル導体の近傍のみに集中することを防ぐ
ので、磁束の分散を起こさせて膜面方向の磁束の均一性
を更に高めるという効果を奏する。その他の効果は先の
第3の形態の場合と同等である。また、これによって、
非線形磁気特性が改善され、大電流通電時の磁気飽和が
少なくなり、大電流のマイクロリアクトルやマイクロト
ランスに適用できる。
At this point, the structure shown in FIG.
Unlike the structure shown in FIGS. 1 and 3 to 5, flattened magnetic thin films 52 and 56 are provided around the coil conductor 54, and the coil conductor 54 is provided around the coil conductor 54 as shown in FIGS. 1 and 3 to 5. Since the magnetic thin film is different from the magnetic thin film having an uneven shape, a magnetic flux component is generated in the P direction or the Q direction in parallel with the film surface, so that the efficiency is improved. In the case of the magnetic flux generated in this structure, the insulating film 53 acts as a gap and prevents the magnetic flux from being concentrated only near the coil conductor, so that the magnetic flux is dispersed and the uniformity of the magnetic flux in the film surface direction is improved. It has the effect of further increasing. Other effects are the same as those of the third embodiment. This also gives
The nonlinear magnetic characteristics are improved, the magnetic saturation when a large current flows is reduced, and the present invention can be applied to a large-current microreactor or microtransformer.

【0031】図8は、本発明に係る第6の実施の形態を
示すもので、この形態の薄型磁気素子60は、基板61
の一面に磁性薄膜62と絶縁膜63が積層され、絶縁膜
63上にコイル導体64が図9に示すようにスパイラル
型に形成され、コイル導体64の周面および頂面を覆っ
て絶縁膜65が被覆され、絶縁膜63の上面と絶縁膜6
5の側面とそれらによって形成される凹部を覆って磁性
層66が形成され、磁性層65と絶縁膜65の頂面を覆
って平面状の磁性薄膜67が形成されている。
FIG. 8 shows a sixth embodiment according to the present invention.
A magnetic thin film 62 and an insulating film 63 are laminated on one surface, and a coil conductor 64 is formed on the insulating film 63 in a spiral shape as shown in FIG. Is coated, and the upper surface of the insulating film 63 and the insulating film 6
A magnetic layer 66 is formed so as to cover the side surfaces of the magnetic layer 5 and the recesses formed by them, and a planar magnetic thin film 67 is formed so as to cover the top surfaces of the magnetic layer 65 and the insulating film 65.

【0032】この形態において磁性薄膜67を構成する
材料は先に説明した系の比抵抗の高い軟磁性材料が用い
られるが、予備磁性層66を構成する磁性材料は、メッ
キ法等により形成されたNi-Fe、Co-Fe、Ni-
Fe-Co等からなる。ここでの磁性層66は、コイル
導体64の厚さの値が大きくなり、スパッタ等の成膜法
で形成する比抵抗の高い軟磁性材料をコイル導体64の
厚さに対応させてその周囲に十分に充填できない場合等
に有効となる。この形態の構造においても先に説明した
第5の形態の場合と同様な効果を得ることができる。そ
の上にこの形態においては、コイル導体64の厚さがス
パッタ等の成膜法では形成できない程度の厚さとなった
場合であって、コイル導体64を覆うことができる程度
の厚さの磁性層66を形成する場合にこのような構造が
有効であり、これによりコイル導体64の断面積が大き
く、電流を多く流すことができる薄型磁気素子に本発明
を適用できるようになる。その他の効果は前記の第5の
形態の場合と同等である。
In this embodiment, the material forming the magnetic thin film 67 is a soft magnetic material having a high specific resistance of the system described above, but the magnetic material forming the preliminary magnetic layer 66 is formed by plating or the like. Ni-Fe, Co-Fe, Ni-
It is made of Fe-Co or the like. In the magnetic layer 66, the thickness of the coil conductor 64 is increased, and a soft magnetic material having a high specific resistance formed by a film forming method such as sputtering is formed around the coil conductor 64 in accordance with the thickness of the coil conductor 64. This is effective when sufficient filling is not possible. With this structure, the same effect as that of the fifth embodiment described above can be obtained. In addition, in this embodiment, the thickness of the coil conductor 64 is such that it cannot be formed by a film forming method such as sputtering, and the magnetic layer is thick enough to cover the coil conductor 64. Such a structure is effective in forming the 66, whereby the present invention can be applied to a thin magnetic element in which the cross-sectional area of the coil conductor 64 is large and a large amount of current can flow. Other effects are the same as those of the fifth embodiment.

【0033】次に、図5を基に先に説明した第4の実施
の形態の薄型磁気素子40を製造する方法の一例につい
て図10〜図13を基に以下に説明する。薄型磁気素子
40を製造するには、図10に示す基板71の表面側と
裏面側にそれぞれコイル導体42を成膜法、メッキ法あ
るいはスクリーン印刷法などの常法により形成する。次
にコイル導体42と基板71を覆うように絶縁膜を成膜
し、絶縁膜の一部をフォトリソ工程でエッチングするこ
とにより除去し、図10に示すようにコイル導体42の
頂面と周囲を覆う絶縁膜43を形成する。
Next, an example of a method of manufacturing the thin magnetic element 40 according to the fourth embodiment described above with reference to FIG. 5 will be described below with reference to FIGS. In order to manufacture the thin magnetic element 40, the coil conductors 42 are formed on the front side and the back side of the substrate 71 shown in FIG. 10 by a conventional method such as a film forming method, a plating method, or a screen printing method. Next, an insulating film is formed so as to cover the coil conductor 42 and the substrate 71, a part of the insulating film is removed by etching in a photolithography process, and as shown in FIG. A covering insulating film 43 is formed.

【0034】次に、絶縁膜43を覆うようにレジスト7
3を被せ、このレジスト73を基にエッチングを行って
レジスト73に覆われていない部分の基板71に貫通孔
44を形成し、レジスト73を除去して図12に示す貫
通孔44付きの基板41を得る。基板71としてポリイ
ミドの基板を用いた場合は、ポリイミドを溶解するヒド
ラジン等のエッチング液を用いることができる。図12
に示す基板42を得たならば、この基板42の両面側に
成膜法により前記組成系の比抵抗の高い軟磁性合金の磁
性薄膜を成膜することで、図5に示す断面構造の薄型磁
気素子40を得ることができる。
Next, a resist 7 is applied so as to cover the insulating film 43.
3 and etching is performed based on the resist 73 to form a through hole 44 in the portion of the substrate 71 not covered by the resist 73, and the resist 73 is removed to remove the substrate 41 having the through hole 44 shown in FIG. Get. When a polyimide substrate is used as the substrate 71, an etchant such as hydrazine that dissolves the polyimide can be used. FIG.
When the substrate 42 shown in FIG. 5 is obtained, a magnetic thin film of a soft magnetic alloy having a high specific resistance of the above-described composition system is formed on both sides of the substrate 42 by a film forming method. The magnetic element 40 can be obtained.

【0035】[0035]

【実施例】図2に示す形状の圧延銅箔製の平面コイルの
上下両面に、SiO2のスパッタ膜からなる厚さ1μm
以下の絶縁膜と、厚さ1〜3μmのFe55Hf1134
組成の磁性薄膜を図3に示すように積層してなる構成の
薄型磁気素子を作製した。前記平面コイルの寸法は、図
2に示す平面形状において、平面コイル全体の横幅2
2.0mm、折返し部22aの横幅16.0mm、コイル
導体部の線幅0.4mm、線間隔0.1mm、厚さ105
μm、つづら折れ回数2(折返し部が2つ)、巻数8と
した。
EXAMPLES on the upper and lower surfaces of the rolled copper foil made of the planar coil shape shown in FIG. 2, the thickness of 1μm made of SiO 2 sputter membrane
A thin magnetic element having a configuration in which the following insulating film and a magnetic thin film having a composition of Fe 55 Hf 11 O 34 having a thickness of 1 to 3 μm were laminated as shown in FIG. 3 was produced. The dimensions of the planar coil are, in the planar shape shown in FIG.
2.0 mm, horizontal width of folded portion 22a 16.0 mm, line width of coil conductor 0.4 mm, line interval 0.1 mm, thickness 105
The number of turns was 2 (the number of folded portions was 2), and the number of turns was 8.

【0036】以上の形状の薄型磁気素子をリアクトルと
して、インピーダンスアナライザ(ヒューレットパッカ
ード社製4191A,4192A)を用い周波数特性を
測定した結果を図15に示す。なお、比較例として、厚
さ20μmのCo系アモルファス磁性薄帯(試料記号
A)を用いた場合の測定結果も併記した。
FIG. 15 shows the results of measuring the frequency characteristics using an impedance analyzer (4191A, 4192A, manufactured by Hewlett-Packard Company) using the thin magnetic element having the above shape as a reactor. As a comparative example, the measurement results obtained when a Co-based amorphous magnetic ribbon having a thickness of 20 μm (sample symbol A) was used are also shown.

【0037】Co系アモルファス磁性薄帯を用いた比較
例試料は渦電流の影響により等価インダクタンスLが減
少して等価抵抗Rが増加しているのに対して、FeHf
Oの磁性薄膜を用いた本発明試料は、渦電流の影響がほ
とんど無く、f=100kHz以上の範囲でFeHfO
の磁性薄膜を用いた本発明試料の方が良好な特性を示し
ていることが明らかである。また、性能係数Q(=WL
/R)は共にfに対して極大値を有する特性を示し、C
o系アモルファス磁性薄帯を用いた比較例試料はf=1
00kHzで最大値5に対してFeHfOの磁性薄膜を
用いた本発明試料はf=2MHzで最大値11を得てい
る。なお、f=10kHzでのLの違いは、磁性層の膜
厚の違いによるものであると思われる。
In the comparative sample using a Co-based amorphous magnetic ribbon, the equivalent inductance L was reduced and the equivalent resistance R was increased due to the influence of eddy current, while FeHf
The sample of the present invention using a magnetic thin film of O has almost no influence of eddy current, and has a FeHfO
It is clear that the sample of the present invention using the magnetic thin film has better characteristics. In addition, the performance coefficient Q (= WL
/ R) show characteristics having a maximum value with respect to f, and C
The comparative sample using the o-based amorphous magnetic ribbon is f = 1
The sample of the present invention using a magnetic thin film of FeHfO at a maximum value of 5 at 00 kHz has a maximum value of 11 at f = 2 MHz. The difference in L at f = 10 kHz is considered to be due to the difference in the thickness of the magnetic layer.

【0038】次に前記構造のリアクトルを降圧型コンバ
ータに利用した場合の負荷特性を測定した結果を図16
に示す。スイッチング周期はf=1MHz、オン時比率
D=0.5、入力電圧はVi=8Vとして実験した。使
用した磁性膜は回転磁界中で成膜した、組成Fe Hf
O 、厚さ3μmのものであり、飽和磁化Is=1.3
T、1MHzにおいてμ'=1400、μ'/μ''=14
0であり、比抵抗ρは5μΩmであった。図16に示す
結果から、FeHfOの磁性薄膜を用いた本発明試料
は、Co系アモルファス磁性薄帯を用いた比較例試料と
比較すると、出力電圧V0、出力電力P0および効率ηの
値がいずれも高くなっている。これは、FeHfOの磁
性薄膜の損失等価抵抗の方がCo系アモルファス磁性薄
帯の損失等価抵抗よりも低いことによると考えられる。
また、I0=300mA近傍においてη=80%付近で
安定した結果が得られた。これは、電流の増加に伴うイ
ンダクタンス成分によるη増加と損失抵抗分によるη減
少がほぼ同じであるためと、η増加と損失抵抗分による
η減少がほぼ同じであることによると思われる。
Next, FIG. 16 shows the result of measurement of the load characteristics when the reactor having the above structure is used for a step-down converter.
Shown in The experiment was performed with a switching cycle of f = 1 MHz, an on-time ratio of D = 0.5, and an input voltage of Vi = 8V. The magnetic film used was formed in a rotating magnetic field and had the composition Fe Hf
O 2, having a thickness of 3 μm and having a saturation magnetization Is = 1.3
T, μ ′ = 1400 at 1 MHz, μ ′ / μ ″ = 14
0, and the specific resistance ρ was 5 μΩm. From the results shown in FIG. 16, it can be seen that the sample of the present invention using the magnetic thin film of FeHfO has output voltage V 0 , output power P 0, and efficiency η as compared with the comparative sample using the Co-based amorphous magnetic ribbon. Both are high. This is considered to be because the loss equivalent resistance of the FeHfO magnetic thin film is lower than the loss equivalent resistance of the Co-based amorphous magnetic ribbon.
Further, a stable result was obtained at around η = 80% near I 0 = 300 mA. This is presumably because the increase in η due to the inductance component and the decrease in η due to the loss resistance are almost the same, and the increase in η and the decrease in η due to the loss resistance are almost the same.

【0039】なお、図15において等価抵抗Rとはイン
ピーダンスの抵抗成分のことであり、インピーダンスZ
は、Z={R2+(ωL−1/ωC)2}0.5で示され、理
論的に等価抵抗は周波数には依存しないが、実際のリア
クトルでは周波数に依存するようになり、この例では1
/ωCの値は0となる。また、図15の性能係数Qは、
Q=ωL/Rで示されるので、等価抵抗Rが小さいほど
性能係数Qが大きくなり、効率ηも向上する。従って効
率の良いリアクトルを得るためには、等価抵抗Rが小さ
い方が好ましい。また、等価インダクタンスLはインピ
ーダンスのインダクタンス成分となる。また、本願発明
に係る磁気素子は、降圧型の他、昇圧型、昇降圧型等の
いずれのDC-DCコンバータにも使用することができ
るのは勿論である。
In FIG. 15, the equivalent resistance R is a resistance component of the impedance, and the impedance Z
Is expressed as Z = {R 2 + (ωL−1 / ωC) 2 } 0.5 , and theoretically the equivalent resistance does not depend on the frequency, but in an actual reactor, it becomes frequency dependent. In this example, 1
The value of / ωC is 0. The performance coefficient Q in FIG.
Since Q = ωL / R, the smaller the equivalent resistance R, the larger the performance coefficient Q and the higher the efficiency η. Therefore, in order to obtain an efficient reactor, it is preferable that the equivalent resistance R is small. The equivalent inductance L is an inductance component of the impedance. Also, the magnetic element according to the present invention can be used for any DC-DC converter such as a step-up type, a step-up / step-down type, etc. in addition to the step-down type.

【0040】[0040]

【発明の効果】以上説明したように本発明の薄型磁気素
子は、コイルパターンを覆った磁性薄膜を有するので、
コイルパターンと磁性薄膜により最低数の部品数で薄型
磁気素子を構成することができ、更に、コイルパターン
が発生させた磁束を磁性薄膜内に効率良く導入すること
ができ、これによって損失の少ない薄型磁気素子を提供
できる。磁性薄膜をコイルパターンに接触させて設ける
ことで、コイルパターンが発生させた磁束を直に効率良
く磁性薄膜内に導入することができ、更に損失の少ない
薄型磁気素子を提供できる。コイルパターンを磁性薄膜
で周囲から包み込んだ構成とすることで、コイルパター
ンの周囲に磁性薄膜による閉磁路が構成され、コイルパ
ターンの横断面の周回りに環状に生成する磁束は効率良
く磁性薄膜に導入されるので、漏れ磁束が少なく鎖交磁
束が多くなり更に損失の少ない薄型磁気素子を提供でき
る。前記の構成の磁気素子の場合、コイルパターンの平
面形状が、ミアンダ型またはつづら折れ状であるなら
ば、渦電流損失の少ない高周波特性の優れた薄型磁気素
子を提供できる。
As described above, since the thin magnetic element of the present invention has a magnetic thin film covering a coil pattern,
A thin magnetic element can be configured with a minimum number of parts by the coil pattern and the magnetic thin film, and furthermore, the magnetic flux generated by the coil pattern can be efficiently introduced into the magnetic thin film, thereby reducing the loss and reducing the thickness. A magnetic element can be provided. By providing the magnetic thin film in contact with the coil pattern, the magnetic flux generated by the coil pattern can be directly and efficiently introduced into the magnetic thin film, and a thin magnetic element with less loss can be provided. By using a configuration in which the coil pattern is wrapped around with a magnetic thin film, a closed magnetic path is formed by the magnetic thin film around the coil pattern, and the magnetic flux generated in a ring around the cross section of the coil pattern is efficiently converted to the magnetic thin film. Since it is introduced, a thin magnetic element having less leakage magnetic flux and more interlinkage magnetic flux and further lowering loss can be provided. In the case of the magnetic element having the above-described configuration, if the coil pattern has a meandering or serpentine planar shape, a thin magnetic element having low eddy current loss and excellent high-frequency characteristics can be provided.

【0041】コイルパターンを囲む磁性薄膜の表面がコ
イルパターンの凹凸に左右されない平面型であるなら
ば、コイルパターンの凹凸に合わせた凹凸部を磁性薄膜
が有しないので、この磁性薄膜の凹凸部の存在に起因す
る磁束の乱れを生じることがなくなり、鎖交磁束が多
く、渦電流損失の少ない高周波特性の優れた薄型磁気素
子を提供できる。更に、コイルパターンの凹凸部分を磁
性薄膜とは異なる他の磁性層で覆い、コイルパターンを
挟むように平面型の磁性薄膜を設けることで、この磁性
薄膜の凹凸部の存在に起因する磁束の乱れを生じること
がなくなり、鎖交磁束が多く、渦電流損失の少ない高周
波特性の優れた薄型磁気素子を提供できる。
If the surface of the magnetic thin film surrounding the coil pattern is a flat type which is not influenced by the unevenness of the coil pattern, the magnetic thin film does not have the unevenness corresponding to the unevenness of the coil pattern. It is possible to provide a thin magnetic element excellent in high-frequency characteristics with a large amount of interlinkage magnetic flux, a small eddy current loss and no magnetic flux disturbance due to the presence. Furthermore, by covering the uneven portion of the coil pattern with another magnetic layer different from the magnetic thin film and providing a flat type magnetic thin film so as to sandwich the coil pattern, disturbance of magnetic flux due to the presence of the uneven portion of the magnetic thin film is provided. And a thin magnetic element having high interlinkage magnetic flux and excellent high-frequency characteristics with little eddy current loss can be provided.

【0042】次に、Fe,Co,Niのいずれかを含む
微細結晶相と、希土類元素とTi,Zr,Hf,Ta,
Nb,Mo,Wのいずれかの元素MとOまたはNの化合
物とを主成分とする非晶質相から磁性薄膜を構成するこ
とにより、高比抵抗で、10kGを超える飽和磁束密度の
磁性層を形成することができ、これにより効率の高い薄
型素子を得ることができる。また、この系の軟磁性材料
からなる磁性薄膜は、抵抗が高いので、渦電流損失を低
く抑えることができ、高周波特性の良好な小型化、軽量
化ができる薄型磁気素子を提供できる。また、比抵抗の
高い磁性薄膜を用いるならば、絶縁膜を介することなく
直接コイルパターンに磁性薄膜を直接接触させて設ける
構造を電流のリークを生じるおそれなしに採用すること
ができ、これによりコイルパターンが発生させる磁束を
磁性薄膜内に効率良く導くことにより、高効率の薄型磁
気素子を提供できる。
Next, a fine crystal phase containing any of Fe, Co, and Ni, a rare earth element, Ti, Zr, Hf, Ta,
By forming a magnetic thin film from an amorphous phase mainly containing an element M of any of Nb, Mo, and W and a compound of O or N, a magnetic layer having a high specific resistance and a saturation magnetic flux density exceeding 10 kG can be obtained. Can be formed, whereby a highly efficient thin device can be obtained. In addition, since the magnetic thin film made of this type of soft magnetic material has a high resistance, eddy current loss can be suppressed low, and a thin magnetic element having good high-frequency characteristics and capable of being reduced in size and weight can be provided. In addition, if a magnetic thin film having a high specific resistance is used, a structure in which the magnetic thin film is directly contacted with the coil pattern directly without using an insulating film can be adopted without a risk of current leakage. By efficiently guiding the magnetic flux generated by the pattern into the magnetic thin film, a highly efficient thin magnetic element can be provided.

【0043】前記磁性薄膜が、Aab M'cdなる組
成式で示され、組成比a,b,c,dは原子%で、20≦a
≦85、5≦b≦30、0≦c≦10、15≦d≦55の
関係を満足するものとすることで、5kGの飽和磁束密
度のフェライトを超える10kGの高い飽和磁束密度を
有し、数100〜2×105μΩ・cmの範囲の比抵抗
の高い磁性薄膜を備えた渦電流損失の少ない薄型磁気素
子を提供できる。
[0043] The magnetic thin film, A a M b M 'c L d becomes represented by compositional formula, the composition ratio a, b, c, d in atomic%, 20 ≦ a
≦ 85, 5 ≦ b ≦ 30, 0 ≦ c ≦ 10, and 15 ≦ d ≦ 55, so as to have a high saturation magnetic flux density of 10 kG exceeding the ferrite having a saturation magnetic flux density of 5 kG, A thin magnetic element with a small eddy current loss and a magnetic thin film having a high specific resistance in the range of several hundreds to 2 × 10 5 μΩ · cm can be provided.

【0044】次に、本発明の製造方法においては、基体
にコイル導体を形成して絶縁膜で覆った後にフォトリソ
工程でコイル導体周囲の基体に貫通孔を形成し、これら
を覆うように磁性薄膜を成膜するので、コイル導体の周
囲を磁性薄膜で確実に覆う構成の薄型磁気素子を容易に
製造することができる。また、用いる磁性薄膜として、
先に記載の組成系のものを用いることで、比抵抗の高い
飽和磁束密度の高い磁性薄膜を確実に形成できるので、
効率の良い、高周波特性の優れた薄型磁気素子を製造で
きる。
Next, in the manufacturing method of the present invention, after forming a coil conductor on the base and covering it with an insulating film, a through-hole is formed in the base around the coil conductor in a photolithography step, and a magnetic thin film is formed so as to cover these. Is formed, a thin magnetic element having a configuration in which the periphery of the coil conductor is reliably covered with the magnetic thin film can be easily manufactured. Also, as the magnetic thin film used,
By using the composition described above, it is possible to reliably form a magnetic thin film having a high saturation magnetic flux density with a high specific resistance.
An efficient thin magnetic element having excellent high frequency characteristics can be manufactured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明に係る薄型磁気素子の第1の実施の形
態を示す断面図。
FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of a thin magnetic element according to the present invention.

【図2】 本発明に係る薄型磁気素子の第1の実施の形
態を示す平面図。
FIG. 2 is a plan view showing the first embodiment of the thin magnetic element according to the present invention.

【図3】 本発明に係る薄型磁気素子の第2の実施の形
態を示す断面図。
FIG. 3 is a sectional view showing a second embodiment of the thin magnetic element according to the present invention.

【図4】 図4(A)は本発明に係る薄型磁気素子の第
3の実施の形態を示す断面図、図4(B)は図4(A)
に示すコイル導体周囲の磁束の方向を示す図である。
FIG. 4A is a sectional view showing a third embodiment of a thin magnetic element according to the present invention, and FIG. 4B is a sectional view showing FIG.
FIG. 4 is a diagram showing the direction of magnetic flux around the coil conductor shown in FIG.

【図5】 図5(A)は本発明に係る薄型磁気素子の第
4の実施の形態を示す断面図、図5(B)は図4(A)
に示すコイル導体周囲の磁束の方向を示す図である。
5A is a sectional view showing a fourth embodiment of a thin magnetic element according to the present invention, and FIG. 5B is a sectional view showing FIG.
FIG. 4 is a diagram showing the direction of magnetic flux around the coil conductor shown in FIG.

【図6】 本発明に係る薄型磁気素子において用いられ
る特別な形状のコイル導体の平面形状を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing a planar shape of a specially shaped coil conductor used in the thin magnetic element according to the present invention.

【図7】 本発明に係る薄型磁気素子の第4の実施の形
態を示す断面図。
FIG. 7 is a sectional view showing a fourth embodiment of the thin magnetic element according to the present invention.

【図8】 本発明に係る薄型磁気素子の第5の実施の形
態を示す断面図。
FIG. 8 is a sectional view showing a fifth embodiment of the thin magnetic element according to the present invention.

【図9】 本発明に係る薄型磁気素子に使用されるコイ
ル本体の他の例を示す断面図。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing another example of the coil main body used in the thin magnetic element according to the present invention.

【図10】 図5(A)に示す薄型磁気素子の製造方法
を説明するためのもので、基板上にコイル導体と絶縁膜
を形成した状態を示す断面図。
FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining the method of manufacturing the thin magnetic element shown in FIG. 5A and showing a state where a coil conductor and an insulating film are formed on a substrate.

【図11】 図5(A)に示す薄型磁気素子の製造方法
を説明するためのもので、基板上のコイル導体と絶縁膜
にレジストを被せた状態を示す断面図。
FIG. 11 is a cross-sectional view for explaining the method of manufacturing the thin magnetic element shown in FIG. 5A, showing a state in which the coil conductor and the insulating film on the substrate are covered with resist.

【図12】 図5(A)に示す薄型磁気素子の製造方法
を説明するためのもので、基板上に貫通孔を形成した状
態を示す断面図。
FIG. 12 is a cross-sectional view for explaining the method of manufacturing the thin magnetic element shown in FIG. 5A and showing a state in which a through hole is formed on the substrate.

【図13】 従来のコイルの一例を示す断面図である。FIG. 13 is a sectional view showing an example of a conventional coil.

【図14】 つづら折れ型のコイル本体の一例を示す平
面図である。
FIG. 14 is a plan view showing an example of a coiled coil body.

【図15】 本発明に係る薄型磁気素子をリアクトルと
して周波数特性を測定した結果を示す図。
FIG. 15 is a view showing a result of measuring frequency characteristics using the thin magnetic element according to the present invention as a reactor.

【図16】 本発明に係る薄型磁気素子を降圧型コンバ
ータに適用した場合の負荷特性を測定した結果を示す
図。
FIG. 16 is a view showing a result of measuring load characteristics when the thin magnetic element according to the present invention is applied to a step-down converter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

基板 21、41、51、61、 コイル本体 22(コイルパターン)、 磁性薄膜 23、39、45、56、62、67、 コイル導体 24、42、54、64、 絶縁膜 31、37、38、43、53、55、
63、65、 磁性層 66、
Substrates 21, 41, 51, 61, coil body 22 (coil pattern), magnetic thin films 23, 39, 45, 56, 62, 67, coil conductors 24, 42, 54, 64, insulating films 31, 37, 38, 43 , 53, 55,
63, 65, magnetic layer 66,

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 畑内 隆史 東京都大田区雪谷大塚町1番7号 アルプ ス電気株式会社内 (72)発明者 牧野 彰宏 東京都大田区雪谷大塚町1番7号 アルプ ス電気株式会社内 (72)発明者 内藤 豊 東京都大田区雪谷大塚町1番7号 アルプ ス電気株式会社内 (72)発明者 長谷川 直也 東京都大田区雪谷大塚町1番7号 アルプ ス電気株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Takashi Hatanai 1-7 Yukiya Otsukacho, Ota-ku, Tokyo Alps Electric Co., Ltd. (72) Inventor Akihiro Makino 1-7 Yukiya Otsuka-cho, Ota-ku, Tokyo Inside Alps Electric Co., Ltd. (72) Inventor Yutaka Naito 1-7 Yukitani Otsukacho, Ota-ku, Tokyo Alps Electric Co., Ltd. (72) Naoya Hasegawa 1-7 Yukitani Otsukacho, Ota-ku, Tokyo Alps Inside Electric Co., Ltd.

Claims (17)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基体の少なくとも一方の面に形成された
コイルパターンと、このコイルパターン上にコイルパタ
ーンを覆って形成された磁性薄膜とが具備されてなるこ
とを特徴とする薄型磁気素子。
1. A thin magnetic element comprising: a coil pattern formed on at least one surface of a base; and a magnetic thin film formed on the coil pattern so as to cover the coil pattern.
【請求項2】 前記磁性薄膜が前記コイルパターンに接
して設けられたことを特徴とする請求項1記載の薄型磁
気素子。
2. The thin magnetic element according to claim 1, wherein said magnetic thin film is provided in contact with said coil pattern.
【請求項3】 前記磁性薄膜が絶縁膜を介してコイルパ
ターン上に形成されたことを特徴とする請求項1記載の
薄型磁気素子。
3. The thin magnetic element according to claim 1, wherein said magnetic thin film is formed on a coil pattern via an insulating film.
【請求項4】 前記コイルパターンが基体上に形成され
た磁性薄膜上に形成され、コイルパターンを構成するコ
イル導体がその周囲を磁性薄膜により包み込まれてなる
ことを特徴とする請求項2または3記載の薄型磁気素
子。
4. The method according to claim 2, wherein the coil pattern is formed on a magnetic thin film formed on a substrate, and a coil conductor constituting the coil pattern is surrounded by the magnetic thin film. The thin magnetic element according to the above.
【請求項5】 基体の対向する両方の面にコイルパター
ンが形成され、コイルパターン間の基体に貫通孔が形成
され、基体両側の磁性薄膜が貫通孔を介し接続されてな
ることを特徴とする請求項2〜4のいずれかに記載の薄
型磁気素子。
5. A coil pattern is formed on both opposing surfaces of a substrate, a through hole is formed in the substrate between the coil patterns, and magnetic thin films on both sides of the substrate are connected via the through hole. The thin magnetic element according to claim 2.
【請求項6】 コイルパターンの平面形状がミアンダ型
にされてなることを特徴とする請求項1〜5のいずれか
に記載の薄型磁気素子。
6. The thin magnetic element according to claim 1, wherein a planar shape of the coil pattern is a meander shape.
【請求項7】 コイルパターンの平面形状がつづら折れ
型にされてなることを特徴とする請求項1〜6のいずれ
かに記載の薄型磁気素子。
7. The thin magnetic element according to claim 1, wherein a planar shape of the coil pattern is formed in a zigzag shape.
【請求項8】 基体上のコイルパターン上に形成された
磁性薄膜が平面型にされてなることを特徴とする請求項
1、3、5、6または7のいずれかに記載の薄型磁気素
子。
8. The thin magnetic element according to claim 1, wherein the magnetic thin film formed on the coil pattern on the base is made flat.
【請求項9】 基体上のコイルパターンの周囲にコイル
パターンを埋め込む磁性層が設けられ、この磁性層の磁
性材料がその上に形成された磁性薄膜の磁性材料と異な
るものとされてなることを特徴とする請求項8記載の薄
型磁気素子。
9. A magnetic layer for embedding a coil pattern around a coil pattern on a substrate, wherein a magnetic material of the magnetic layer is different from a magnetic material of a magnetic thin film formed thereon. The thin magnetic element according to claim 8, wherein:
【請求項10】 基体上のコイルパターンの周囲に形成
された磁性層が、Ni-Fe合金、Co-Fe合金あるい
はNi-Fe-Co合金のいずれかを主体として構成され
たことを特徴とする請求項9に記載の薄型磁気素子。
10. A magnetic layer formed around a coil pattern on a substrate, wherein the magnetic layer is mainly composed of one of a Ni—Fe alloy, a Co—Fe alloy, and a Ni—Fe—Co alloy. A thin magnetic element according to claim 9.
【請求項11】 基体上のコイルパターンの周囲に形成
された磁性層が、メッキにより形成されたものであるこ
とを特徴とする請求項9または10記載の薄型磁気素
子。
11. The thin magnetic element according to claim 9, wherein the magnetic layer formed around the coil pattern on the base is formed by plating.
【請求項12】 コイルパターンの平面形状がスパイラ
ル型とされてなることを特徴とする請求項1、2、3、
4、5、8、9、10または11のいずれかに記載の薄
型磁気素子。
12. The coil pattern according to claim 1, wherein the planar shape of the coil pattern is a spiral type.
12. The thin magnetic element according to any one of 4, 5, 8, 9, 10 and 11.
【請求項13】 Fe,Co,Niの内の1種または2
種以上を主成分とする平均結晶粒径30nm以下の微細
結晶相と、ランタノイド系の希土類元素(La,Ce,
Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,H
o,Er,Tm,Luのうちの1種または2種以上)
と、Ti,Zr,Hf,Ta,Nb,Mo,Wより選ば
れる1種または2種以上の元素MとOまたはNの化合物
とを主成分とする非晶質相からなる磁性薄膜が、磁心の
一部または全部に用いられてなることを特徴とする請求
項1〜13のいずれかに記載の薄型磁気素子。
13. One or two of Fe, Co, and Ni.
A fine crystal phase having an average crystal grain diameter of 30 nm or less containing at least a seed as a main component, and a lanthanoid-based rare earth element (La, Ce,
Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, H
one or more of o, Er, Tm, and Lu)
And a magnetic thin film composed of an amorphous phase mainly containing one or more elements M selected from Ti, Zr, Hf, Ta, Nb, Mo and W and a compound of O or N. The thin magnetic element according to claim 1, wherein the thin magnetic element is used for a part or all of the thin magnetic element.
【請求項14】 前記磁性薄膜が、Aab M'cd
る組成式で示されることを特徴とする請求項1〜14の
いずれかに記載の薄型磁気素子。ただし、Aは、Fe,
Co,Niのうちから選択される1種または2種以上を
示し、Mは、ランタノイド系の希土類金属元素(La,
Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,D
y,Ho,Er,Tm,Luのうちの1種または2種以
上)およびTi、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Wの群
から選択される1種または2種以上の元素を示し、M'
は、Al,Si,Cr,Pt,Ru,Rh,Pd,Ir
の群から選択される1種または2種以上の元素を示し、
Lは、OとNのうち、1種または2種を示し、組成比
a,b,c,dは原子%で、20≦a≦85、5≦b≦30、
0≦c≦10、15≦d≦55の関係を満足するものとす
る。
14. The method of claim 13, wherein the magnetic thin film is, A a M b M 'thin magnetic element according to any one of claims 1 to 14, characterized in that it is represented by c L d a composition formula. Where A is Fe,
Represents one or more selected from Co and Ni, and M represents a lanthanoid-based rare earth metal element (La,
Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, D
one or more of y, Ho, Er, Tm, and Lu) and one or more elements selected from the group consisting of Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, and W; M '
Are Al, Si, Cr, Pt, Ru, Rh, Pd, Ir
Represents one or more elements selected from the group of
L represents one or two of O and N, and the composition ratio
a, b, c, d are atomic%, 20 ≦ a ≦ 85, 5 ≦ b ≦ 30,
It is assumed that the relationship of 0 ≦ c ≦ 10 and 15 ≦ d ≦ 55 is satisfied.
【請求項15】 請求項1〜14のいずれかに記載の薄
型磁気素子が備えられてなることを特徴とするトラン
ス。
15. A transformer comprising the thin magnetic element according to claim 1. Description:
【請求項16】 基板上にコイル導体を形成し、このコ
イル導体の頂面と周面を絶縁膜で覆うとともに、この絶
縁膜の外面にレジストを被せてから基板をエッチングし
てレジストに覆われていない基板部分に貫通孔を形成
し、この後にレジストを除去して、絶縁膜に覆われたコ
イル導体と貫通孔付きの基板を得、この基板に対して基
板表面と基板裏面とコイル導体外方の絶縁膜と貫通孔を
覆うように磁性薄膜を成膜することを特徴とする薄型磁
気素子の製造方法。
16. A coil conductor is formed on a substrate, the top surface and the peripheral surface of the coil conductor are covered with an insulating film, and the outer surface of the insulating film is covered with a resist, and then the substrate is etched to be covered with the resist. A through-hole is formed in the part of the substrate which is not covered, and then the resist is removed to obtain a coil conductor covered with an insulating film and a substrate with a through-hole. Forming a magnetic thin film so as to cover the insulating film and the through hole.
【請求項17】 磁性薄膜として、請求項13または1
4に記載の磁性薄膜を用いることを特徴とする請求項1
6記載の薄型磁気素子の製造方法。
17. The magnetic thin film according to claim 13 or 1,
5. A magnetic thin film according to claim 4, wherein the magnetic thin film is used.
7. The method for manufacturing a thin magnetic element according to item 6.
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