(57)【要約】【課題】磁気デバイス及びその製造方法において、低コストで製作でき、かつインダクタンス特性を向上する。【解決手段】コイル１は、互いに対向した第１の磁性体基板２及び第２の磁性体基板３と、第１の磁性体基板２に設けられるループ配線４と、ループ配線４に電流が流れたときに発生する磁束が通るコア５と備え、コア５と両磁性体基板２、３とにより閉磁路を形成している。コア５は、両磁性体基板２、３間であってループ配線４の中央部及び周辺部、すなわち磁束経路として必要な部分に磁性を有するペーストにより構成されている。ループ配線４を周回するような閉磁路を形成するので、ループ配線４に所定の電流が流れたときにループ配線４を貫く磁束密度が高くなる。磁束通路として必要な部分にペーストを塗布してコア５を形成した後に、両磁性体基板２、３を貼り合わせるので、簡単な製造工程でコア５と各磁性体基板２、３とを隙間なく接合できる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向した一対の磁性体基板と、前記磁性体基板の一方又は両方に設けられるループ配線と、前記ループ配線に電流が流れたときに発生する磁束が通るコアとを備え、前記コアと一対の磁性体基板とにより閉磁路を形成して成る磁気デバイスにおいて、
前記コアは、両磁性体基板間であって前記ループ配線の中央部及び周辺部に磁性を有するペーストにより構成されていることを特徴とする磁気デバイス。
【請求項２】
前記ペーストは、樹脂ペーストにフェライト粉末を含有して成ることを特徴とする請求項１に記載の磁気デバイス。
【請求項３】
互いに対向した一対の磁性体基板の間に、ループ配線と、このループ配線に電流が流れたときに発生する磁束が通るコアとを形成し、前記コアと一対の磁性体基板とにより閉磁路を形成して成る磁気デバイスの製造方法であって、
前記少なくとも一方の磁性体基板にループ配線を形成するループ配線形成工程と、
前記ループ配線形成工程によりループ配線を形成した磁性体基板上のループ配線の中央部及び周辺部に磁性を有するペーストを塗布してコアを形成し、その後に、両磁性体基板を貼り合わせるコア形成工程と、を備えたことを特徴とする磁気デバイスの製造方法。
【請求項４】
前記コア形成工程において、磁性体基板を貼り合わせた後にペーストを硬化させることを特徴とする請求項３に記載の磁気デバイスの製造方法。
【請求項５】
磁性体基板へのペースト塗布をスクリーン印刷により行うことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の磁気デバイスの製造方法。
【請求項６】
前記磁性体基板にループ配線を収用するための凹部を形成し、この凹部にループ配線を形成したことを特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれか一項に記載の磁気デバイスの製造方法。
【請求項７】
前記一連の工程をウェハレベルで実施して磁気デバイスの構造を形成した後に、ダイシングにより各々のチップに個片化することを特徴とする請求項３乃至請求項６のいずれか一項に記載の磁気デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気デバイス及びその製造方法に関し、特に、半導体製作技術やＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を用いて形成されるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、この種の磁気デバイスとして、互いに対向した一対の磁性体基板の間に、ループ配線と、このループ配線に電流が流れたときに発生する磁束が通るコアとを形成して成るコイル及びトランスが知られている。例えば、このようなコイル及びトランスの構成において、ＮｉＦｅ合金やＣｏ系合金等の磁性体ブロックを用いてコアを形成しておき、このコアを両磁性体基板と貼り合わせることで、コアと両磁性体基板とにより閉磁路を形成するものがある。
【０００３】
ところで、上記の構成において透磁率の高い閉磁路を形成するためには、コアと各磁性体基板との間にエアギャップが生じないよう、コアの厚みの面内分布を均一に制御することが要求される。そのため、コアを平坦化する研磨工程等が必要となり、製造コストが高くなっていた。
【０００４】
このような問題に対し、ループ配線を形成した磁性体基板上に磁性樹脂層を形成し、この磁性樹脂層上に他方の磁性体基板を設けることで、コアを平坦化することなくエアギャップを排除するようにした磁気素子がある（例えば、特許文献１及び２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１７３３８４号公報
【特許文献２】特開２００３−３４７１２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のような構成では、磁性樹脂層が両磁性体基板間の全領域に亘って介在するため、ループ配線により発生した磁束が拡散してループ配線内の磁束密度が減少し、インダクタンス特性が低下する。また、上記のようにトランスを構成した場合、漏れ磁束が増加してループ配線間の磁気結合度が低くなり、電力変換効率の低下を招来する。
【０００７】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、低コストで製作でき、かつインダクタンス特性に優れた磁気デバイス及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、互いに対向した一対の磁性体基板と、前記磁性体基板の一方又は両方に設けられるループ配線と、前記ループ配線に電流が流れたときに発生する磁束が通るコアとを備え、前記コアと一対の磁性体基板とにより閉磁路を形成して成る磁気デバイスにおいて、前記コアは、両磁性体基板間であって前記ループ配線の中央部及び周辺部に磁性を有するペーストにより構成されているものである。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１に記載の発明において、前記ペーストは、樹脂ペーストにフェライト粉末を含有して成るものである。
【００１０】
請求項３の発明は、互いに対向した一対の磁性体基板の間に、ループ配線と、このループ配線に電流が流れたときに発生する磁束が通るコアとを形成し、前記コアと一対の磁性体基板とにより閉磁路を形成して成る磁気デバイスの製造方法であって、前記少なくとも一方の磁性体基板にループ配線を形成するループ配線形成工程と、前記ループ配線形成工程によりループ配線を形成した磁性体基板上のループ配線の中央部及び周辺部に磁性を有するペーストを塗布してコアを形成し、その後に、両磁性体基板を貼り合わせるコア形成工程と、を備えたものである。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項３に記載の発明において、前記コア形成工程において、磁性体基板を貼り合わせた後にペーストを硬化させるものである。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項３又は請求項４に記載の発明において、磁性体基板へのペースト塗布をスクリーン印刷により行うものである。
【００１３】
請求項６の発明は、請求項３乃至請求項５のいずれか一項に記載の発明において、前記磁性体基板にループ配線を収用するための凹部を形成し、この凹部にループ配線を形成したものである。
【００１４】
請求項７の発明は、請求項３乃至請求項６のいずれか一項に記載の発明において、前記一連の工程をウェハレベルで実施して磁気デバイスの構造を形成した後に、ダイシングにより各々のチップに個片化するものである。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の発明によれば、コアが両磁性体基板間の磁束通路として必要な部分に磁性を有するペーストにより構成され、一対の磁性体基板を含めてループ配線を周回するように閉磁路を形成するので、ループ配線に所定の電流が流れたときにループ配線を貫く磁束密度を高めることができ、優れたインダクタンス特性を得ることができる。また、コアにペーストを用いることで、コアと両磁性体基板とを隙間なく接合でき、製造コストを低減することができる。
【００１６】
請求項２の発明によれば、透磁率の高い閉磁路を形成することができ、インダクタンス特性がさらに向上する。
【００１７】
請求項３の発明によれば、磁束通路として必要な部分に磁性を有するペーストを塗布してコアを形成した後に、両磁性体基板を貼り合わせるので、簡単な製造工程でコアと各磁性体基板とを隙間なく接合でき、しかも、コアと両磁性体基板を含めてループ配線を周回するように閉磁路を形成できる。そのため、低コストでインダクタンス特性の優れた磁気デバイスを得ることができる。
【００１８】
請求項４の発明によれば、コアと両磁性体基板との接合性を高め、耐衝撃性の良い磁気デバイスを得ることができる。
【００１９】
請求項５の発明によれば、磁束通路として必要箇所にペーストを塗布し、コアを所望の厚み及び形状で形成できるので、磁気デバイスの性能バラツキを無くすことができる。
【００２０】
請求項６の発明によれば、両磁性体基板間の距離を狭めて磁路長の短い閉磁路を形成できるので、ループ配線により発生した磁束が閉磁路内を流れ易くなり、磁気デバイスのインダクタンス特性を高めることができる。
【００２１】
請求項７の発明によれば、一連の工程をウェハレベルで実施し、複数個の磁気デバイスを一括して作製するので、寸法安定性に優れた磁気デバイスを量産することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るコイルの分解図。
【図２】上記コイルの斜視図。
【図３】（ａ）は図２のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は図２のＢ−Ｂ線断面図。
【図４】上記コイルの製造方法におけるループ配線形成工程の説明図。
【図５】上記製造方法におけるコア成形工程の説明図。
【図６】上記コイルの変形例を示す断面図。
【図７】本発明の第２の実施形態に係るトランスの分解図。
【図８】上記トランスの斜視図。
【図９】（ａ）は図８のＣ−Ｃ線断面図、（ｂ）は図８のＤ−Ｄ線断面図。
【図１０】上記トランスの製造方法におけるループ配線形成工程の説明図。
【図１１】上記製造方法におけるコア成形工程の説明図。
【図１２】上記トランスの変形例を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る磁気デバイスについて図１乃至図５を参照して説明する。図１乃至図３は本実施形態に係る磁気デバイスであるコイル１の構成を示す。本コイル１は、各種電気機器の回路基板上に実装される小型コイルであって、互いに対向した第１の磁性体基板２及び第２の磁性体基板３と、第１の磁性体基板２に設けられる平面型のループ配線４と、ループ配線４に電流が流れたときに発生する磁束が通るコア５と、ループ配線４と接続され外部からの給電を受けるための一対の電極パッド６とを備える。本コイル１は略直方形状とされ、その大きさは、例えば、縦及び横寸法が２ｍｍ程度、厚みが１ｍｍ程度である。
【００２４】
第１の磁性体基板２は、焼結フェライト又は複合フェライトから成る板状の磁性材料で構成される。第２の磁性体基板３は、第１の磁性体基板２と同じ構成である。ループ配線４は、第１の磁性体基板２上に薄膜金属により形成され、略方形の渦巻き形状を成すループ部を有し、渦巻き状の重なり部分において薄膜金属同士が電気的に接触しないように絶縁部７を介在している。薄膜金属としては、電気伝導性及び加工性に優れた銅や銀、アルミニウム等が挙げられる。ループ配線４の両端は本コイル１の前面側に延出し、各電極パッド６に接続されている。ループ配線４の巻き数は、本コイル１の用途に応じて適宜決定すればよく、ここでは、３ターンとされている。また、ループ配線４は、シリコン酸化膜から成る絶縁膜８により覆われている。
【００２５】
コア５は、第１の磁性体基板２及び第２の磁性体基板３を含めて閉磁路を形成するものであり、第１の磁性体基板２と第２の磁性体基板３との間であってループ配線４の中央部に配される略直方形のコア中心部５１と、同基板間であってループ配線４の周辺部に配される略四角枠形のコア周壁部５２とを有している。コア中心部５１及びコア周壁部５２は、磁性を有するペーストにより構成されており、具体的に、該ペーストが第１の磁性体基板２上に塗布されることによって形成される。コア中心部５１はループ配線４の内周縁に対し隙間をもって配置され、コア周壁部５２はループ配線４の外周縁に対し隙間をもって配置されている。コア周壁部５２の前側の一部は、ループ配線４を挿通するために開口している。
【００２６】
上記のペーストは、樹脂ペーストにフェライト粉末が含有されたものであり、例えば、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトの磁性粉末とエポキシ系樹脂から成るペーストとを混錬して精製される。これにより、コア５と両磁性体基板２、３との接合性が向上し、しかも透磁率の高い閉磁路が形成される。各電極パッド６は、薄膜の導電部材から成り、本コイル１前面に沿って上下に伸び、上方側が第２の磁性体基板３の上面に沿うように折り曲げられ、下方側が第１の磁性体基板２の下面に沿うように折り曲げられている。上記のような構成により、例えば、各電極パッド６を介してループ配線４の両端に電圧を印加してループ配線４が励磁されたときに、上向きの磁束Ｍが発生した場合、磁束Ｍの順路は、コア中心部５１→第２の磁性体基板３→コア周壁部５２→第１の磁性体基板２→コア中心部５１となる。発生した磁束の方向が上下逆転すると、磁束の順路も逆転する。
【００２７】
図４及び図５を用いて本コイル１の製造方法について説明する。ここでは、まず、上述の図１乃至図３を参照して製造方法の概要を述べる。コイル１の製造方法は、第１の磁性体基板２にループ配線４を形成するループ配線形成工程と、ループ配線４を形成した第１の磁性体基板２にコア５を形成し、第２の磁性体基板３を貼り合わせるコア形成工程とを備える（各工程の詳細は後述）。ここで、この製造方法においては、上記一連の工程をウェハレベルで実施し、コイル１の構造を複数個一括して形成した後に、ダイシングにより各々のコイル１のチップに個片化するものとする。具体的には、２枚の磁性体ウエハを用いて、第１の磁性体基板２と第２の磁性体基板３とを各ウエハに多数個取りする。
【００２８】
（ループ配線形成工程）
図４はループ配線形成工程の詳細を時系列に示す。まず、第１の磁性体基板２となる磁性体ウエハ２０（１２個取り仕様）に複数のループ配線４を一括形成する（ａ）。ループ配線４の形成方法としては、例えば、磁性体ウエハ２０のループ配線不要部分をマスキング〜電気めっき〜マスク除去というパターンめっき法や、スクリーン印刷、パッド印刷等が挙げられる。次に、磁性体ウエハ２０上のループ配線４及びその周囲にシリコン酸化膜により絶縁膜８を形成する（ｂ）。絶縁膜８の形成方法として、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法が挙げられる。また、絶縁膜８は、スピンコート法やディップ法、スプレー法等を用いてポリイミド樹脂やエポキシ樹脂等により形成されたものであってもよい。
【００２９】
（コア形成工程）
図５はコア形成工程の詳細を時系列に示す。まず、磁性体ウエハ２０上に形成されたループ配線４の中央部及び周辺部、すなわち、磁束通路として必要な部分にペーストを塗布してコア５（斜線部）を形成する（ａ）。磁性体ウエハへのペースト塗布は、スクリーン印刷により行う。次に、磁性体ウエハ２０と第２の磁性体基板３となる磁性体ウエハ３０とを、形成したコア５を挟み込むように貼り合わせる（ｂ）。その後、焼付乾燥を所定時間行ってペーストを硬化させる。これにより、コア５と両磁性体ウエハ２０、３０との接合性が高まり、コイルの耐衝撃性を向上できる。ペーストを硬化させた後、貼り合わされた両磁性体ウエハ２０、３０にダイシング加工と電極パッドの形成を行って、複数個のコイル１が完成する（ｃ）。
【００３０】
このように本実施形態に係るコイル１によれば、コア５が第１の磁性体基板２と第２の磁性体基板３の間であってループ配線４の中央部及び周辺部、すなわち、磁束通路として必要な部分に磁性を有するペーストにより構成され、両磁性体基板２、３を含めてループ配線４を周回するような閉磁路を形成するので、ループ配線４に所定の電流が流れたときにループ配線４を貫く磁束密度を高めることができ、優れたインダクタンス特性を得ることができる。また、磁束通路として必要な部分にペーストを塗布してコア５を形成した後に、両磁性体基板２、３を貼り合わせるので、簡単な製造工程でコア５と各磁性体基板２、３とを隙間なく接合でき、低コストでありながら、インダクタンス特性の高いコイルを製作できる。
【００３１】
また、第１の磁性体基板２へのペースト塗布をスクリーン印刷により行うことで、磁束通路として必要箇所にコア５を所望の厚み及び形状で形成できるので、コイル１の性能バラツキを無くすことができる。また、コイル１の製造における一連の工程をウェハレベルで実施し、複数個のコイル１を一括して作製するので、寸法安定性に優れたコイルを量産することができる。
【００３２】
次に、上記実施形態のコイル１の変形例について図６を参照して説明する。図６に示す本変形例のコイル１においては、第１の磁性体基板２にループ配線４を収用するための凹部２１を形成し、この凹部２１にループ配線４を形成している。また、コア５の厚みｔは、上記実施形態のコイルより薄くしている。このように、コア５の厚みを小さくすれば、第１の磁性体基板と第２の磁性体基板３との間の距離が狭まり磁路長の短い閉磁路を形成できるので、ループ配線４により発生した磁束Ｍが閉磁路内を流れ易くなり、コイル１のインダクタンス特性が一層向上する。
【００３３】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る磁気デバイスについて図７乃至図１１を参照して説明する。図７乃至図９は本実施形態に係る磁気デバイスであるトランス１の構成を示す。本トランス１は、ループ配線４に電磁結合する平面型のループ配線９を第２の磁性体基板３に備え、このループ配線９とループ配線４との間で電力の伝達を行う構成となっている。また、本トランス１の後部側には、ループ配線９と接続される一対の電極パッド１０が設けられている。
【００３４】
ループ配線９は、ループ配線４と対向するように配置され、これによりループ配線９の中央部にはコア中心部５１が位置し、ループ配線９の周辺部にはコア周壁部５２が位置している。ループ配線９の両端は本トランス１の後面側に延出し、各電極パッド１０に接続されている。ループ配線９の巻き数は、ここでは１ターンとされている。ここで、ループ配線４の巻き数は、上記同様に３ターンであり、このことから、ループ配線４を１次側巻線とし、ループ配線９を２次側巻線としたとき、一次側巻線の電圧Ｖ１と２次側巻線の電圧Ｖ２の変圧比は、Ｖ１：Ｖ２＝１：３となる。ループ配線９は、絶縁膜１１により覆われている。上記のような構成により、例えば、各電極パッド６を介してループ配線４の両端に電圧を印加してループ配線４が励磁されたときに、ループ配線４とループ配線９の双方を鎖交する上向きの磁束Ｎが発生した場合、磁束Ｎの順路は、コア中心部５１→第２の磁性体基板３→コア周壁部５２→第１の磁性体基板２→コア中心部５１となる。
【００３５】
次に、図１０及び図１１を用いて本トランス１の製造方法について説明する。ここでは、まず、上述の図７乃至図９を参照して製造方法の概要を述べる。トランス１の製造方法は、第１の磁性体基板２にループ配線４を、第２の磁性体基板３にループ配線９を形成するループ配線形成工程と、ループ配線４を形成した第１の磁性体基板２にコア５を形成し、その後、ループ配線９を形成した第２の磁性体基板３を貼り合わせるコア形成工程とを備える。ここで、この製造方法は、上記同様に、２枚の磁性体ウエハを用いて多数個取りする方法である。
【００３６】
（ループ配線形成工程）
図１０はループ配線形成工程の詳細を時系列に示す。まず、磁性体ウエハ２０に複数のループ配線４を一括形成し（ａ）、その後、磁性体ウエハ２０上のループ配線４及びその周囲に絶縁膜８を形成する（ｂ）。また、これとは別に、磁性体ウエハ３０に複数のループ配線９を一括形成し（ｃ）、その後、磁性体ウエハ３０上のループ配線９及びその周囲に絶縁膜１１を形成する（ｄ）。ループ配線及び絶縁膜の形成方法は、上記と同様の方法である（以下、他の形成方法について同様）。
【００３７】
（コア形成工程）
図１１はコア形成工程の詳細を時系列に示す。まず、磁性体ウエハ２０上に形成されたループ配線４の中央部及び周辺部、すなわち、磁束通路として必要な部分にペーストを塗布してコア５（斜線部）を形成する（ａ）。次に、磁性体ウエハ２０と磁性体ウエハ３０とを、磁性体ウエハ３０のループ配線形成面がコア５に臨むように貼り合わせる（ｂ）。その後、焼付乾燥を所定時間行ってペーストを硬化させる。その後、貼り合わされた両磁性体ウエハ２０、３０にダイシング加工と電極パッドの形成を行って、複数個のトランス１が完成する（ｃ）。
【００３８】
このように本実施形態に係るトランス１ついても、ループ配線４、９を貫く磁束密度を高めることができ、優れたインダクタンス特性を得ることができる。従って、ループ配線４、９同士が互いに電磁結合するとき、漏れ磁束の発生が減少してループ配線４とループ配線９との間の磁気結合度が高くなり、電力変換効率を向上できる。
【００３９】
次に、上記実施形態のトランス１の変形例について図１２を参照して説明する。図１２に示す本変形例のトランス１においては、第１の磁性体基板２にループ配線４を収用するための凹部２１を形成し、この凹部２１にループ配線４を形成すると共に、第２の磁性体基板３にループ配線９を収用するための凹部３１を形成し、この凹部３１にループ配線９を形成している。このような変形例についても、コア５の厚みを小さくすれば、両磁性体基板２、３間の距離が狭まり磁路長の短い閉磁路を形成できるので、ループ配線４、９のいずれかにより発生した磁束Ｎが閉磁路内を流れ易くなり、トランス１のインダクタンス特性が一層向上する。
【００４０】
なお、本発明は、上記各種実施形態の構成に限られず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、コア中心部５１及びコア枠上部の形状は、上面視で方形に限られず、例えば、円形状であってもよい。また、コイル又はトランスの下面にのみ電極パッドを設けて、電極パッドとループ配線とをスルーホールにより導通させる構成であってもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１  コイル、トランス（磁気デバイス）
２  第１の磁性体基板
３  第２の磁性体基板
４、９  ループ配線
５  コア
２１  凹部
３１  凹部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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