JPH1083915A - コイルとその製造方法 - Google Patents

コイルとその製造方法

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JPH1083915A
JPH1083915A JP23658296A JP23658296A JPH1083915A JP H1083915 A JPH1083915 A JP H1083915A JP 23658296 A JP23658296 A JP 23658296A JP 23658296 A JP23658296 A JP 23658296A JP H1083915 A JPH1083915 A JP H1083915A
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JP
Japan
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coil
thin film
aluminum thin
aluminum
conductor
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JP23658296A
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English (en)
Inventor
Takeshi Ikehara
毅 池原
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型化が図れ、且つ高電流密度が得られるコ
イルとその製造方法を提供するにある。 【解決手段】 平面基板上にフォトリソグラフィーによ
り形成されるコイルにおいて、一面が少なくとも絶縁さ
れた平面基板と、該平面基板の一面に成膜されたアルミ
ニウム薄膜の所定部分により構成されたコイルの導体部
分と、該導体部分を囲む前記アルミニウム薄膜の部分が
酸化されて酸化アルミニウムとなり前記コイルの導体部
分間を絶縁する絶縁体部分とを具備したことを特徴とす
るコイルである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、平面基板上にフォ
トリソグラフィーにより作製するコイルで、特に、平面
コイルの積層により巻数を多くしたコイルに関し、小型
化が図れ且つ高電流密度が得られるコイルとその製造方
法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図10は、従来より一般に使用されてい
る従来例の要部構成説明図で、例えば、雑誌名:Journal
of Applied Physics VOL2 No.3 P2611〜P2613、題名:F
abrication of a multitrack, thin-film head、著者:
Y.Noro等、出版元:American Institute of Physics、発
行日:March,1982に示されている。
【0003】図10において、1は平面の基板、2はコ
イルの導体部である。3は、導体部2を囲む絶縁層であ
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
フォトリソグラフィーで作製する平面の基板1上のコイ
ルは、電流を流す導線の部分2と、線間の絶縁を行う部
分3を個別に成膜するのが一般的である。
【0005】そのため、1層のみのコイルの場合は問題
がなくても、多層化していくと表面の凹凸が激しくなる
ことによって、成膜やフォトリソグラフィーができなく
なり、多数の積層ができないという欠点があった。
【0006】さらに、このような方法で積層を行うため
には、絶縁層3の厚さを線材2の厚さに対して同程度以
上に厚く積まねば平坦度が出ず、断面の多くの部分を絶
縁体3が占める結果となって、面積当たりの電流密度は
低下してしまうという問題があった。
【0007】本発明は、これらの問題点を解決するもの
である。本発明の目的は、平面上のコイルの作製におい
て、導線をアルミニウム薄膜で作製するとともに、線間
の絶縁層を、導線を形成したのと同じアルミニウム薄膜
を酸化することによって形成し、平坦度が高く積層が容
易なコイルを作製することにある。
【0008】さらに、このような構成により、絶縁部の
厚さが薄くても平坦度が高くできるため、絶縁部の体積
比率を押さえ、高い電流密度を実現することである。
【0009】ところで、アルミニウムは元来電気抵抗が
低く良導体であるが、酸化すると良い絶縁体に変化す
る。しかも酸化の際の体積変化が他の金属材料に比べて
かなり小さく、表面の凹凸を小さくできる。
【0010】また、アルミニウムの酸化プロセスは、金
属表面処理技術として確立されている。本発明は、この
アルミニウムの性質に着目したものである。
【0011】すなわち、本発明の目的は、小型化が図れ
且つ高電流密度が得られるコイルとその製造方法を提供
するにある。
【0012】
【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、 (1)平面基板上にフォトリソグラフィーにより形成さ
れるコイルにおいて、一面が少なくとも絶縁された平面
基板と、該平面基板の前記一面に成膜されたアルミニウ
ム薄膜の所定部分により構成されたコイルの導体部分
と、該導体部分を囲む前記アルミニウム薄膜の部分が酸
化されて酸化アルミニウムとされ前記コイルの導体部分
間を絶縁する絶縁体部分とを具備したことを特徴とする
コイル。 (2)前記アルミニウム薄膜が積層された積層アルミニ
ウム薄膜と、該積層アルミニウム薄膜の各層を電気的に
接続して巻数を実質的に増加させるコンタクトとを具備
したことを特徴とする請求項1記載のコイル。 (3)トランスを構成するように積層された複数の前記
コイルを具備したことを特徴とする請求項1又は請求項
2記載のコイル。を構成したものである。 (4)平面基板上にフォトリソグラフィーにより形成さ
れるコイルの製造方法において、以下の工程を有するこ
とを特徴とするコイルの製造方法を採用した。 (a)絶縁性の基板上にアルミニウム薄膜を成膜するア
ルミニウム薄膜成膜工程。 (b)コイルの導線となる部分をレジストでマスクし、
前記アルミニウム薄膜の厚さに及ぶ陽極酸化処理を行う
コイルの導体部分形成工程。
【0013】
【作用】以上の構成において、絶縁性の基板上にアルミ
ニウム薄膜を成膜する。コイルの導線となる部分をレジ
ストでマスクし、アルミニウム薄膜の厚さに及ぶ陽極酸
化処理を行う。以下、実施例に基づき詳細に説明する。
【0014】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の一実施例の要部
構成説明図である。図において、図10と同一記号の構
成は同一機能を表わす。11は、平面の基板である。こ
の場合は、シリコン基板が使用されている。
【0015】12は、シリコン基板11の一面に設けら
れた絶縁膜である。13は、平面の基板11の一面に成
膜されたアルミニウム薄膜の所定部分により構成された
コイルの導体部分である。
【0016】14は、導体部分13を囲むアルミニウム
薄膜の部分が酸化されて酸化アルミニウムとなり、コイ
ルの導体部分13間を絶縁する絶縁体部分である。15
は、アルミニウム薄膜が積層された積層アルミニウム薄
膜の各層を電気的に接続して巻数を実質的に増加させる
コンタクトである。
【0017】このような装置は、図2〜図7に示す如く
して製作する。 (a)図2に示す如く、絶縁性の基板を準備する。シリ
コン基板の場合は、絶縁のために表面に酸化膜あるいは
窒化膜を成膜させておく。この場合は、シリコン基板1
01にシリコン酸化膜102をつけた例を示す。
【0018】(b)図3に示す如く、基板101上にア
ルミニウム薄膜103を成膜する。 (c)図4に示す如く、アルミニウム薄膜103の表面
の一部をレジスト104でマスクし、陽極酸化処理を薄
く施す。このアルミニウム酸化層105が、層間の絶縁
体となる。マスクした部分は酸化されず、次の積層との
電気的なコンタクト106となる。
【0019】陽極酸化は、シュウ酸などの溶液中でアル
ミニウムを陽極として通電して酸化を促進するもので、
アルミニウムの表面処理技術の一つとして、アルマイト
処理・電解コンデンサ作製等に広く用いられている。酸
化膜厚は酸の種類や印加電圧、処理時間等の条件を変更
することで、0.1〜100μmまで自由に変えることができ
る。
【0020】(d)図5に示す如く、コイルの導線とな
る部分をレジスト107でマスクし、アルミニウム薄膜
103の厚さに及ぶ陽極酸化処理を行う。これにより、
絶縁体であるアルミニウム酸化層108で区切られたア
ルミニウムのコイルの導体部分109が形成される。図
6に、図5のA−A断面図を示す。
【0021】(e)図7に示す如く、以上の処理を繰り
返して、多層コイルが形成される。層間のコンタクト1
06は、図4の陽極酸化の際、マスクして酸化を行わな
かった部分により実現される。
【0022】なお、前述の製造方法の実施例において
は、2回の陽極酸化処理により、アルミニウム酸化層1
05,108が形成されるが、順序はどちらが先でもか
まわない。要するに、コイルの導体部分109間が絶縁
されれば良い。
【0023】この結果、 (1)コイルの導線部分13と絶縁部分14を、同一の
アルミニウム薄膜103から作製するため、コイルを作
製した後の表面の凹凸が、従来のコイルに比べて小さい
という利点があり、積層しても成膜やフォトリソグラフ
ィーの際に凹凸の影響を受けにくいコイルが得られる。
【0024】これは、アルミニウムが元来電気抵抗が低
く良導体であるが、酸化すると良い絶縁体に変化するこ
とと、酸化した際の体積変化(25%増)が他の金属材料に
比べてかなり小さいという性質に着目したものである。
【0025】(2)層間の絶縁部14の厚さが薄くても
平坦度が高く保てるため、絶縁部14の比率を押さえ、
導線部分13の体積の占める比率を高くすることができ
るので、高い電流密度を実現することができるコイルが
得られる。
【0026】(3)コイルの導線部分13も絶縁体部分
14も、熱伝導の良い物質で構成され、しかも基板11
上に隙間なく形成されているため、通電により発生する
熱の冷却が、従来の一般の巻線コイルに比べて非常に良
いコイルが得られる。
【0027】そのため、導線部分13の電流密度を上げ
ても温度が上がりにくく、高い電流密度でも使用できる
コイルが得られる。
【0028】従って、本発明によれば、小型化が図れ且
つ高電流密度が得られるコイルとその製造方法を実現す
ることができる。
【0029】図8は本発明の他の実施例の要部構成説明
図で、1層づつの本発明コイルを2個使用してトランス
を構成したものである。図9は図8の平面図である。図
において、
【0030】21は、平面の基板である。この場合は、
シリコン基板が使用されている。22は、シリコン基板
21の一面に設けられた絶縁膜である。23は、平面の
基板21の一面に成膜されたアルミニウム薄膜の所定部
分により構成されたコイルの導体部分である。
【0031】24は、導体部分23を囲むアルミニウム
薄膜の部分が酸化されて酸化アルミニウムとなり、コイ
ルの導体部分23間を絶縁する絶縁体部分である。しか
して、図8の、第1の層の導体部分23と絶縁体部分2
4とで、1層からなる第1のコイル31が構成される。
【0032】図8の、第2の層の導体部分23と絶縁体
部分24とで、1層からなる第2のコイル32が構成さ
れる。第1のコイル31と第2のコイル32とにより、
トランスが構成されることになる。
【0033】なお、本発明のコイルは、シリコンウエハ
の上に作製することが可能であるため、集積回路の一部
に、大きなリアクタンスやトランスが必要な場合に、組
み合わせて使用することもできる。
【0034】また、シリコンウエハ上に、たとえば、振
動子を主要部とするマイクロマシン構造を形成し、その
上に本発明のコイルを作製することにより、半導体マイ
クロマシンを磁気的に動かす磁気アクチュエータとして
の利用も可能である。
【0035】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の請
求項1によれば、 (1)コイルの導線部分と絶縁部分を、同一のアルミニ
ウム薄膜から作製するため、コイルを作製した後の表面
の凹凸が、従来のコイルに比べて小さいという利点があ
り、積層しても成膜やフォトリソグラフィーの際に凹凸
の影響を受けにくいコイルが得られる。
【0036】これは、アルミニウムが元来電気抵抗が低
く良導体であるが、酸化すると良い絶縁体に変化するこ
とと、酸化した際の体積変化(25%増)が他の金属材料に
比べてかなり小さいという性質に着目したものである。
【0037】(2)層間の絶縁部の厚さが薄くても平坦
度が高く保てるため、絶縁部の比率を押さえ、導線部分
の体積の占める比率を高くすることができるので、高い
電流密度を実現することができるコイルが得られる。
【0038】(3)コイルの導線部分も絶縁体部分も、
熱伝導の良い物質で構成され、しかも基板上に隙間なく
形成されているため、通電により発生する熱の冷却が、
従来例の巻線コイルに比べて非常に良いコイルが得られ
る。
【0039】そのため、導線部分の電流密度を上げても
温度が上がりにくく、高い電流密度でも使用できるとい
うコイルが得られる。
【0040】本発明の請求項2によれば、巻数が多く、
且つ小型化が図れ、高電流密度が得られるコイルが得ら
れる。
【0041】本発明の請求項3によれば、複数の本発明
のコイルを使用して、小型化が図れ、且つ高電流密度が
得られるトランスが実現できる。
【0042】本発明の請求項4によれば、小型化が図
れ、且つ高電流密度が得られるコイルが容易に実現でき
るコイルの製造方法が得られる。
【0043】従って、本発明によれば、小型化が図れ、
且つ高電流密度が得られるコイルとその製造方法を実現
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の構成説明図である。
【図2】図1の絶縁膜形成工程の説明図である。
【図3】図1のアルミニウム薄膜成膜工程の説明図であ
る。
【図4】図1の陽極酸化処理工程の説明図である。
【図5】図1の陽極酸化処理工程の説明図である。
【図6】図5のA−A断面図説明図である。
【図7】図1の多層コイル形成工程の説明図である。
【図8】本発明の他の実施例の構成説明図である。
【図9】図8の平面図である。
【図10】従来より一般に使用されている従来例の構成
説明図である。
【符号の説明】
11 平面の基板 12 絶縁膜 13 コイルの導体部分 14 絶縁体部分 15 コンタクト 21 平面の基板 22 絶縁膜 23 コイルの導体部分 24 絶縁体部分 31 第1のコイル 32 第2のコイル 101 シリコン基板 102 シリコン酸化膜 103 アルミニウム薄膜 104 レジスト 105 アルミニウム酸化膜 106 コンタクト 107 レジスト 108 アルミニウム酸化膜 109 コイルの導体部分

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】平面基板上にフォトリソグラフィーにより
    形成されるコイルにおいて、 一面が少なくとも絶縁された平面基板と、 該平面基板の前記一面に成膜されたアルミニウム薄膜の
    所定部分により構成されたコイルの導体部分と、 該導体部分以外の前記アルミニウム薄膜の部分が酸化さ
    れて酸化アルミニウムとされ前記コイルの導体部分間を
    絶縁する絶縁体部分とを具備したことを特徴とするコイ
    ル。
  2. 【請求項2】前記アルミニウム薄膜から形成された前記
    導体部分と絶縁体部分とが積層された積層アルミニウム
    薄膜と、 該積層アルミニウム薄膜の各層を電気的に接続して巻数
    を実質的に増加させるコンタクトとを具備したことを特
    徴とする請求項1記載のコイル。
  3. 【請求項3】トランスを構成するように積層された複数
    の前記コイルを具備したことを特徴とする請求項1又は
    請求項2記載のコイル。
  4. 【請求項4】平面基板上にフォトリソグラフィーにより
    形成されるコイルの製造方法において、 以下の工程を有することを特徴とするコイルの製造方
    法。 (a)絶縁性の基板上にアルミニウム薄膜を成膜するア
    ルミニウム薄膜成膜工程。 (b)コイルの導線となる部分をレジストでマスクし、
    前記アルミニウム薄膜の厚さに及ぶ陽極酸化処理を行う
    コイルの導体部分形成工程。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009247191A (ja) * 2008-04-01 2009-10-22 Namiki Precision Jewel Co Ltd 円筒状コイル、円筒型マイクロモータ及び円筒状コイルの製造方法

Cited By (1)

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