(57)【要約】本発明の実施形態の例では、基板、第１磁性層、導電性コイル、および第２磁性層を含む平面インダクタを提供する。第１磁性層は、基板の少なくとも一部に配置することができる。導電性コイルは、第１磁性層の第１部分に配置することができる。第２磁性層は、第１磁性層の第２部分および導電性コイルの少なくとも一部に配置することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の少なくとも一部に配置された第１磁性層と、
前記第１磁性層の第１部分に配置された導電性コイルと、
前記第１磁性層の第２部分と導電性コイルの少なくとも一部に配置された第２磁性層とを含むことを特徴とする、平面インダクタ。
【請求項２】
少なくとも第１磁性層の第３部分に配置された第２導電性コイルをさらに含み、前記第２磁性層が、第２導電性コイルの少なくとも一部にさらに配置されることを特徴とする、請求項１に記載のインダクタ。
【請求項３】
前記第１および第２磁性層のうちの少なくとも１つが、磁性フレークを含むことを特徴とする、請求項１に記載のインダクタ。
【請求項４】
第１および第２磁性層のうちの少なくとも１つが、フレキシブルポリマーマトリックス中に磁性フレークを含むことを特徴とする、請求項３に記載のインダクタ。
【請求項５】
前記導電性コイルに直接配置された電気絶縁層またはコーティングをさらに含むことを特徴とする、請求項４に記載のインダクタ。
【請求項６】
前記第１および第２磁性層のうちの少なくとも１つが、磁性粒子を含むことを特徴とする、請求項１に記載のインダクタ。
【請求項７】
前記磁性フレークの少なくとも一部の厚さが、前記磁性フレークの直径の約４〜約１００倍であることを特徴とする、請求項３に記載のインダクタ。
【請求項８】
前記磁性フレークが、磁性材料の表皮深さ未満の厚さを有する前記磁性材料を含み、前記表皮深さが、約１０メガヘルツの動作周波数で測定されることを特徴とする、請求項３に記載のインダクタ。
【請求項９】
前記第１磁性層が磁性フレークおよび第１電気絶縁接着剤を含み、前記第２磁性層が磁性フレークおよび第２電気絶縁接着剤を含むことを特徴とする、請求項１に記載のインダクタ。
【請求項１０】
前記第１電気絶縁接着剤および前記第２電気絶縁接着剤が、隣接する磁性フレーク間に電気絶縁性を与えることを特徴とする、請求項９に記載のインダクタ。
【請求項１１】
第１磁性層における、第１電気絶縁接着剤に対する前記磁性フレークの第１容積比、および、前記第２磁性層における、第２電気絶縁接着剤に対する前記磁性フレークの第２容積比が、約５０：５０〜約９０：１０であることを特徴とする、請求項９に記載のインダクタ。
【請求項１２】
少なくとも前記第１磁性層の複数の前記磁性フレークが、互いに実質的にアライメントされ、前記第２磁性層の複数の磁性フレークが互いに実質的にアライメントされていることを特徴とする、請求項３に記載のインダクタ。
【請求項１３】
前記第２磁性層が、前記導電性コイルの少なくとも一部に追従して配置されていることを特徴とする、請求項１２に記載のインダクタ。
【請求項１４】
前記第２磁性層が、前記導電性コイルの上面と側面とに追従して配置されていることを特徴とする、請求項１３に記載のインダクタ。
【請求項１５】
前記第１磁性層と前記第２磁性層が両方とも、前記導電性コイルの少なくとも一部の上、下、および側面に追従することを特徴とする、請求項１２に記載のインダクタ。
【請求項１６】
前記第１磁性層の前記第２部分を前記第２磁性層に接着し、そして前記導電性コイルの少なくとも一部を前記第２磁性層に接着する、電気絶縁接着剤コーティングをさらに含むことを特徴とする、請求項１５に記載のインダクタ。
【請求項１７】
前記電気絶縁接着剤コーティングが、約０．１マイクロメーター〜約５マイクロメーターの厚さを有することを特徴とする、請求項１６に記載のインダクタ。
【請求項１８】
前記導電性コイルの側面と前記導電性コイルの上面とが鈍角を形成することを特徴とする、請求項１５に記載のインダクタ。
【請求項１９】
前記導電性コイルの前記側面が、凹曲面であることを特徴とする、請求項１８に記載のインダクタ。
【請求項２０】
絶縁フィラー層をさらに含み、前記絶縁フィラー層が前記第１および前記第２磁性層の間の前記導電性コイルの平面上に存在することを特徴とする、請求項１に記載のインダクタ。
【請求項２１】
前記絶縁フィラー層が、前記導電性コイルを前記第１磁性層および前記第２磁性層から電気的に絶縁することを特徴とする、請求項２０に記載のインダクタ。
【請求項２２】
磁性接着剤層をさらに含み、前記磁性接着剤層が、前記第１および前記第２磁性層間の導電性コイルの平面上に存在することを特徴とする、請求項１に記載のインダクタ。
【請求項２３】
前記磁性接着剤層が、ポリマー中に懸濁した磁性粒子を含むことを特徴とする、請求項２２に記載のインダクタ。
【請求項２４】
前記磁性粒子が、約０．５マイクロメーター〜３マイクロメーターの直径を有することを特徴とする、請求項２３に記載のインダクタ。
【請求項２５】
前記磁性接着剤層における前記磁性粒子の少なくとも一部が、ＮｉＦｅまたはＣｏＦｅのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項２３に記載のインダクタ。
【請求項２６】
前記磁性接着剤層における前記磁性粒子の、ポリマーに対する容積比が、約６０：４０〜約８０：２０であることを特徴とする、請求項２３に記載のインダクタ。
【請求項２７】
前記磁性接着剤層が、前記導電性コイルを前記第１磁性層前記および第２磁性層から電気的に絶縁することを特徴とする、請求項２３に記載のインダクタ。
【請求項２８】
前記導電性コイルが、銅を含むことを特徴とする、請求項１に記載のインダクタ。
【請求項２９】
前記磁性フレークの少なくとも一部が、鉄、アルミニウム、またはタングステンのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項３に記載のインダクタ。
【請求項３０】
前記磁性フレークの少なくとも一部が、ＮｉＦｅＭｏ、ＮｉＦｅ、ＣｏＺｒＯ、またはＮｉＦｅＡｌＳｉのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項３に記載のインダクタ。
【請求項３１】
前記基板が、有機材料、ガラス材料、またはシリコン材料のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項１に記載のインダクタ。
【請求項３２】
前記コイルが、スパイラル構造を形成する複数の巻線を有することを特徴とする、請求項１に記載のインダクタ。
【請求項３３】
前記コイルが、蛇行構造を形成する複数の巻線を含むことを特徴とする、請求項１に記載のインダクタ。
【請求項３４】
前記磁性フレークのそれぞれが、約０．１〜約５マイクロメーターの厚さを有することを特徴とする、請求項３に記載のインダクタ。
【請求項３５】
前記磁性フレークのそれぞれが、約８〜約２００マイクロメーターの直径を有することを特徴とする、請求項３に記載のインダクタ。
【請求項３６】
前記第１磁性層および前記第２磁性層のそれぞれが、約５００メガヘルツの動作周波数で、約１０〜約１０００の有効透磁率を有することを特徴とする、請求項１に記載のインダクタ。
【請求項３７】
前記第１磁性層および前記第２磁性層がそれぞれ、約１０〜３００マイクロメーターの厚さを有することを特徴とする、請求項１に記載のインダクタ。
【請求項３８】
基板と、
ポリマーと前記ポリマー中に懸濁した複数の磁性フレークとを含む第１フレキシブル磁性層と、
前記第１磁性層の第１部分に配置された導電性コイルと、
前記導電性コイルに配置された電気絶縁層と、
ポリマーと前記ポリマー中に懸濁した複数の磁性粒子とを含む第２磁性層とを含み、
前記第２磁性層が、前記第１磁性層の第２部分および前記導電性コイルの少なくとも一部に配置されることを特徴とする、平面インダクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体プロセス技術に対応可能な、導電性コイルおよび磁性層を含む平面インダクタに関する。
【０００２】
背景
【０００３】
インダクタは、電流がコイル状の導体を流れると電気エネルギーを磁場に蓄える受動線型電気回路要素である。インダクタのインダクタンス（Ｌ）は、ヘンリー（Ｈ）により計測される。
【０００４】
インダクタは、多様な電気回路で使用される。たとえば、インダクタは、電圧レギュレータ、インバータ、バックコンバータ、およびブーストコンバータ等のパワーモジュールで使用される。パワーモジュールは、公益事業体または蓄電デバイスから得られる入電力を電気システム内のサブ回路で使用できる電源にするために、ほとんど全ての電気システムで使用されている。たとえば、ディスプレイは高電圧、高周波電源；マイクロプロセッサは低電圧直流（ＤＣ）電源；そしてディスクドライブは、マイクロプロセッサに比較して、高電圧ＤＣ電源を要することがある。多様な電力のニーズを有する電気システムは、より多くの数のパワーモジュールを要し、よって、より多くの数のインダクタを必要とする。インダクタは、典型的には、パワーモジュールの他の部品に比較して、かなりのスペース空間を必要とする個別部品である。プロセッシングにおけるニーズが増加し、デバイスがこれまでより小さく多機能になるにつれて、インダクタのサイズを小さくすることは、パワーモジュールに必要なスペース空間の量を減少できることになり、よって、小型化を促進する。
【０００５】
プリント基板（ＰＣＢ）に作られた、インダクタを取り入れたパワーモジュールやその他の電気回路にとって、インダクタは、典型的には、能動部品を含む（パワーモジュールチップ等の）チップとは別個にＰＣＢに搭載された個別デバイスである。スペース空間の懸念とは別に、ＰＣＢに別個にインダクタを搭載する場合、インダクタから能動部品まで、比較的長い配線リードを要する。これらリードは、回路のサイズが小さくなるに伴って、著しい寄生インダクタンスを引き起こし、極小回路では、能動部品チップとは別個の個別部品としてＰＣＢにインダクタを搭載することは、寄生インダクタンスの影響から、実際的でない。
【０００６】
小型化および寄生インダクタンス設計要件に対応すべく、多様な方法が使用されている。これらの方法のほとんどでは、インダクタをチップパッケージに搭載、インダクタをチップパッケージに集積、またはインダクタを、パッケージ化されたチップが搭載される基板に集積することにより、インダクタをパワーモジュールチップ等の半導体チップに近接して位置させることを伴う。これらの方法において、インダクタと半導体チップは、別個に作られる。
【０００７】
インダクタを直接半導体チップに作る、その他の試みも行われている。しかし、半導体チップにインダクタを集積することは、技術的に困難であり、この困難は、インダクタをチップレベルの設計に対応可能なサイズに小型化することに大部分起因している。現存のインダクタ技術を半導体チップに単に取り入れることは、実際的でない。なぜなら、個別インダクタのジオメトリー・形状が大きすぎ、個別インダクタは三次元構造を有し、個別インダクタに使用される磁性材料は、半導体チップ製造プロセスに容易に取り入れられないからである。インダクタを半導体チップに集積することが困難であることから、最も一般的なオンチップレギュレータの設計は、インダクタをレギュレータ設計から省いて、スイッチトキャパシタ技術に基づいている。
【０００８】
よって、半導体プロセス技術に対応でき、パワーモジュールやその他のオンチップ回路適用に適したインダクタンス値を達成でき、オンチップ製造に適したサイズおよびジオメトリー（形状）を有する、改良されたインダクタ設計に対するニーズがある。
【発明の概要】
【０００９】
本開示の態様は、平面インダクタに関する。本開示の１つの実施形態において、基板、基板の少なくとも一部に配置された第１磁性層、第１磁性層の第１部分に配置された導電性コイル、および、第１磁性層の第２部分および導電性コイルの少なくとも一部に配置された第２磁性層を含むことができる。
【００１０】
いくつかの実施形態においては、１を超える導電性コイルを含むことができ、たとえば、インダクタは、第１磁性層の少なくとも第３部分に配置された第２導電性コイルをさらに含むことができ、第２磁性層はさらに、第２導電性コイルの少なくとも一部に配置される。
【００１１】
いくつかの実施形態においては、第１および第２磁性層のうちの少なくとも１つが、磁性フレークを含むことができる。第１および第２磁性層のうちの少なくとも１つは、フレキシブルポリマーマトリックス中の磁性フレークを含むことができる。磁性フレークの少なくとも一部の厚さは、磁性フレークの直径のおよそ４から１００倍の範囲内とすることができる。磁性フレークは、磁性材料の表皮深さ未満の厚さを有する磁性材料を含むことができ、表皮深さは、約１０メガヘルツの動作周波数で測定される。第１または第２磁性層内の磁性フレークの少なくとも一部は、それぞれの層内で、互いに実質的にアライメントされている。
【００１２】
いくつかの実施形態においては、磁性フレークは、鉄、アルミニウム、またはタングステンのうちの少なくとも１つを含むことができる。磁性フレークの少なくとも一部は、ＮｉＦｅＭｏ、ＮｉＦｅ、ＣｏＺｒＯ、またはＮｉＦｅＡｌＳｉのうちの少なくとも１つを含むことができる。磁性フレークのそれぞれは、約０．１〜約５マイクロメーターの厚さを有することができる。磁性フレークのそれぞれは、約８〜約２００マイクロメーターの直径を有することができる。
【００１３】
いくつかの実施形態においては、インダクタは、導電性コイルに直接配置された電気絶縁層またはコーティングを含むことができる。
【００１４】
いくつかの実施形態においては、第１および第２磁性層のうちの少なくとも１つは、磁性粒子を含む。
【００１５】
いくつかの実施形態においては、第１磁性層は、磁性フレークおよび第１電気絶縁接着剤を含むことができ、第２磁性層は、磁性フレークおよび第２電気絶縁接着剤を含むことができる。第１電気絶縁接着剤および第２電気絶縁接着剤は、隣接する磁性フレーク同士の間に電気絶縁性を与えることができる。第１磁性層における第１電気絶縁接着剤に対する磁性フレークの第１容積比、および、第２磁性層における第２電気絶縁接着剤に対する磁性フレークの第２容積比はそれぞれ、約５０：５０〜約９０：１０とすることができる。第１または第２磁性層内の磁性フレークの少なくとも一部は、それぞれの層内で、お互いに対して実質的にアライメントすることができる。
【００１６】
いくつかの実施形態においては、第２磁性層は、導電性コイルの少なくとも一部に追従して配置することができる。第２磁性層は、導電性コイルの上面および側面に追従して配置することができる。第１磁性層および第２磁性層は共に、導電性コイルの上、下、および側面の少なくとも一部に追従することができる。
【００１７】
いくつかの実施形態においては、電気絶縁接着剤コーティングは、第１磁性層の第２部分を、第２磁性層に、そして導電性コイルの少なくとも一部を第２磁性層に接着することができる。電気絶縁接着剤コーティングは、約０．１マイクロメーター〜約５マイクロメーターの厚さを有することができる。
【００１８】
いくつかの実施形態においては、導電性コイルの側面および導電性コイルの上面は、鈍角を形成することができる。導電性コイルの側面は、凹曲面とすることができる。
【００１９】
いくつかの実施形態においては、さらに、絶縁フィラー層を含めることができる。絶縁フィラー層は、第１および第２磁性層の間の導電性コイル平面上に設置することができる。絶縁フィラー層は、導電性コイルを第１磁性層および第２磁性層から電気的に絶縁することができる。
【００２０】
いくつかの実施形態においては、磁性接着剤層をさらに含むことができる。磁性接着剤層は、第１および第２磁性層の間の導電性コイルの平面上に設置することができる。磁性接着剤層は、ポリマーに懸濁した磁性粒子を含むことができる。磁性粒子は、約０．５マイクロメーター〜３マイクロメーターの直径を有することができる。磁性接着剤層内の磁性粒子は、ＮｉＦｅまたはＣｏＦｅのうちの少なくとも１つを含むことができる。磁性接着剤層における、ポリマーに対する磁性粒子の容積比は、約６０：４０〜約８０：２０とすることができる。磁性接着剤層は、導電性コイルを第１磁性層および第２磁性層から電気的に絶縁することができる。
【００２１】
いくつかの実施形態においては、導電性コイルは、銅を含むことができる。
【００２２】
いくつかの実施形態においては、基板は、有機材料、ガラス材料、またはシリコン材料のうちの少なくとも１つを含むことができる。
【００２３】
いくつかの実施形態においては、コイルは、スパイラル構造を形成する、複数の巻線を有することができる。
【００２４】
いくつかの実施形態においては、コイルは、蛇行構造を形成する、複数の巻線を有することができる。
【００２５】
いくつかの実施形態においては、第１磁性層および第２磁性層はそれぞれ、約５００メガヘルツの動作周波数における約１０〜約１０００の有効透磁率を有することができる。
【００２６】
いくつかの実施形態においては、第１磁性層および第２磁性層はそれぞれ、約１０〜３００マイクロメーターの厚さを有する。
【００２７】
本開示のその他の実施形態では、基板と、ポリマーとポリマー中に懸濁した複数の磁性フレークとを含む第１フレキシブル磁性層と、第１磁性層の第１部分に配置された導電性コイルと、導電性コイルに配置された電気絶縁層と、ポリマーとポリマー中に懸濁した複数の磁性粒子とを含む第２磁性層とを平面インダクタに含めることができ、第２磁性層は、第１磁性層の第２部分および導電性コイルの少なくとも一部に配置される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
添付の図面を参照されたい。図面は必ずしも実寸ではない。
【図１】図１Ａ、１Ｂ、および１Ｃは、実施形態の例による平面インダクタのジオメトリー（形状）の例の平面図である。
【図２】図２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ、および２Ｅは、実施形態の例による平面インダクタの断面図である。
【図３】図３は、実施形態の例で選択可能な磁性層および接着剤の材料をグラフで示したものである。
【図４】図４は、実施形態の例による磁性層のイメージを示す。
【図５】図５は、実施形態の例により製造されたインダクタの拡大断面イメージを示す。
【詳細な説明】
【００２９】
明細書および付属の請求項にて使用された単数の“ａ”、“ａｎ”および“ｔｈｅ”は、文脈にて明示されない限り複数も含む。たとえば、“ａ”（単数）の部品についての言及は、複数の部品という構成も含む。“ａ”（単数）の構成要素を含む構成についての言及は、言及された構成要素に加えて、その他の構成要素も含む。
【００３０】
また、特定の実施形態の例を説明するにおいて、明瞭性を意識して用語を使用している。使用された用語は、当業者が理解する最も広い範囲を考えて使用され、類似目的を達成するのに類似した方法で作動するすべての技術的等価物を含む。
【００３１】
範囲は、本明細書中で“約”または“およそ”または“実質的に”１つの特定値および／またはから、“約”または“およそ”または“実質的に”他の特定値として表現できる。このような範囲で表現された場合、他の実施形態の例は、１の特定値からおよび／または他の特定値を含む。
【００３２】
同様に、本明細書中の“実質的に含まない”、または“実質的に純正”、といった特性は、“少なくとも実質的に含まない”、または“少なくとも実質的に純正”の両方とも、そして“完全に含まない”、または“完全に純正”を含めることができる。
【００３３】
“含むｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ”、“含有ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ”、または“含むｉｎｃｌｕｄｉｎｇ”は、その組成物にまたは物品または方法に少なくとも挙げられた化合物、要素、粒子、または方法工程が存在することを意味するが、その他の化合物、材料、粒子、方法工程が挙げられたものと同じ機能を有するとしても、その他の化合物、材料、粒子、方法工程の存在を排除しない。
【００３４】
また、１つまたはそれ以上の方法工程への言及は、追加の方法工程または明示された工程間の介在方法工程の存在を排除しない。これに類似して、構成物において１つまたはそれ以上の部品を挙げることは、明示されたもの以外の追加部品の存在を排除しない。
【００３５】
特定の実施形態の多様な要素を構成するとして説明された材料は、例示を意図され、限定を意図していない。本明細書に説明された材料と同じまたは類似の機能を果たす多くの好適な材料は、本発明の範囲に含まれる。本明細書に説明されていないそのような他の材料には、たとえば、発明の開発以降に開発された材料が含まれるが、これらに限られない。
【００３６】
広面積基板に対応できる高密度（すなわち小サイズで高インダクタンス）、高周波インダクタは、パワーモジュール等のインダクタを含む回路の小型化を可能にする。半導体チップ製造プロセスに対応できるインダクタは、多機能半導体チップ設計に、パワーモジュールが集積できるようにし、電気システムおよび製品の小型化も促進する。開示された技術の実施形態では、低コストで大量生産向けの広面積基板対応のプロセスに対応することができる。開示された技術のいくつかの実施形態においては、半導体チップ設計におけるサイズ、ジオメトリー（形状）、および製造プロセス上の制限に対応できるインダクタ構造を提供することができ、これにより、能動部品（たとえば、トランジスタ）を含むオン半導体チップ回路にインダクタを集積できる。
【００３７】
開示された技術の実施形態では、平面インダクタ構造で磁性材料を利用でき、高密度インダクタを可能にする。開示された技術の実施形態では、金属フレークを含む磁性層を含むことができる。いくつかの実施形態において、金属フレークをポリマー樹脂に接着して、磁性シートを形成することができる。連続的磁性材料の代わりに金属フレークを使用すると、渦電流効果を減少するという利点がある。いくつかの実施形態においては、インダクタは、積層プロセスを使用して基板に接着できる磁性シートを含むことができ、リソグラフィや電気めっき等の標準製造技術を利用してインダクタ構造を製造することができる。
【００３８】
開示された技術の実施形態では磁性粒子も含むことができる。いくつかの実施形態においては、金属粒子をポリマー接着剤にコートして、磁性ペーストを形成することができる。いくつかの実施形態においては、磁性ペーストを磁性芯材として使用することができる。いくつかの実施形態においては、磁性シートをインダクタコイルに接着する、または下磁性シートを上磁性シートに接着するように、磁性ペーストを接着剤として使用することができ、これによって、インダクタコイルの巻線の間に磁性フィラーを提供できる。いくつかの実施形態においては、磁性ペーストを、磁性芯材、接着剤、または両方として使用することができる。
【００３９】
多様な実施形態において、磁性インダクタ芯材は、以下を含む一定の特性を含むが、これらに限られない：低損失、低保磁力、高透磁率、高周波安定性、パワーハンドリングに向けた、低コストで適切な厚さへの適応性、等。本明細書に開示された実施形態の例は、システムまたはインダクタ設計の特定ニーズに合わせて調節できる。実施形態の例および実施において記載された物理的寸法および材料の選択肢は、限定的でなく、本明細書に開示されていない物理的寸法および材料の選択肢の変形例は、本開示の限定を超えることなく使用できる。
【００４０】
図中、同様の参照符号は同様のパーツを示し、多様なインダクタの実施形態を下記に詳述する。
【００４１】
図１Ａ、１Ｂ、および１Ｃは、一実施例における平面インダクタ１００のインダクタコイル構造を上からみた図を示す。図１Ａは、スパイラルを形成する、４巻線（第１外巻線１２１、第２巻線１２２、第３巻線１２３、および第４内側巻線１２４）の導電性コイル１１０構造を示す。図１Ｂは、単巻線１３１の導電性コイル１１０構造を示す。図１Ｃは、蛇行導電性コイル１１０構造を示す。いくつかの実施形態において、インダクタは、１つまたはそれ以上の巻線を有する導電性コイル１１０を有し、平面上を占有し、そして正方形、四角、円形、またはその他の形状を有する平面インダクタ１００とすることができる。平面インダクタは、多様なジオメトリー（形状）を有することができ、よって、図１Ａ、１Ｂ、および１Ｃは、非限定的な例である。導電性コイル１１０は、銅等の導電性金属を含むことができる。
【００４２】
図２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ、および２Ｅは、いくつかの実施例による平面インダクタの断面図を示す。示されている実施形態では、基板２１０、第１磁性層２２０、および導電性コイル１１０を含む。いくつかの実施形態においては、第２磁性層２３０、絶縁フィラー層２５０、および／または磁性接着剤２６０等の追加構造を含めることができる。いくつかの実施形態においては、約０．１〜約５マイクロメーターの厚さとできる薄接着剤コーティング２４０で、層２２０、２３０、２５０、２６０を他の層、導電性コイル１１０、または基板２１０に接着することができる。薄接着剤コーティング２４０は、追加的にまたは選択的に層―導電性コイル間の電気絶縁体として機能できる。接着剤コーティングは、平坦フィルムまたは追従コーティングとすることができる。
【００４３】
インダクタ構造または部品は、その他の構造または部品に直接配置するか、介在構造または部品を、その他の構造または部品に配置された構造または部品の間に存在させることができる。たとえば、図２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ、および２Ｅに示されるように、第１磁性層２２０は、基板２１０に配置される。第１磁性層２２０は、基板２１０に直接配置するか、または、絶縁層、接着剤層または接着剤コーティング等の介在層を、第１磁性層２２０および基板２１０の間に存在させることができる。
【００４４】
基板２１０は、シリコン、ガラス、または有機材料を含む受動基板とするか、または、基板は、能動部品を有する半導体チップとすることができる。基板２１０は、インダクタに機械的安定性を与えることができる。基板２１０は、インダクタを電気回路部品と互に連結できるようにする。
【００４５】
いくつかの実施形態においては、インダクタ磁性芯に、磁性層２２０、２３０、および磁性接着剤２６０を含めることができる。いくつかの実施形態においては、磁性芯は、磁性材料を取り入れないインダクタに比較して、インダクタのインダクタンス密度を増加するのに益する。磁性層２２０、２３０または磁性接着剤２６０のいずれも、電気的に絶縁された磁性粒子または電気的に絶縁された平坦、薄形の磁性フレークを含むことができる。いくつかの実施形態においては、磁性層２２０、２３０または磁性接着剤２６０のいずれかに、以下の例の電気絶縁接着剤を含むことができるが、これらに限られない：磁性粒子または磁性フレークを電気的に絶縁、接着でき、隣接する磁性フレークまたは粒子間に電気絶縁性を与えるポリマー樹脂。電気絶縁接着剤は、インダクタにおける構造同士の接着剤として機能できる。いくつかの実施形態において、磁性層または接着剤における、電気絶縁接着剤に対する磁性フレークの容積比は、約５０：５０〜約９０：１０とすることができる。いくつかの実施形態において、磁性層または接着剤における、電気絶縁接着剤に対する磁性粒子の容積比は、約６０：４０〜約８０：２０とすることができる。
【００４６】
いくつかの実施形態において、磁性フレークは、連続的磁性材料からなる磁性層に比較して渦電流効果を減少できる。渦電流効果は、磁性フレークが磁場ラインに沿って（磁場に平行）実質的にアライメントされ、磁性フレークの厚さが所望の動作周波数範囲に対しおおよそフレーク材料の磁性表皮深さに等しいまたは未満であれば、減らすことができる。表皮深さは、以下の式を使用して計算できる：（式１）
2021503718.tif 000003
δは表皮深さ、ｆは動作周波数、ρは磁性材料の抵抗率、そしてμは磁性材料の固有透磁率を示す。表皮深さ（δ）は動作周波数（ｆ）の増加に伴い減少する。よって、より薄い磁性フレークは、渦電流損失を減少し、より高い周波数範囲における透磁率の周波数安定性を可能にする。
【００４７】
実施形態の例による、磁性フレークは、鉄、鉄合金、アルミニウム、タングステン、酸化物等を１つまたはそれ以上含むことができる。たとえば、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＭｏ、およびＣｏＺｒＯは、高飽和磁化（０．８〜１Ｔｅｓｌａ）および低保磁力（１未満のＯｅｓｔｅｄ）を有する磁性材料である。ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＭｏ、およびＣｏＺｒＯは、１０メガヘルツ（ＭＨｚ）の動作周波数でそれぞれおよそ２．２μｍ、４．８μｍ、および２７．６μｍと算出される表皮深さを有する。磁性フレークは、多数の追加のまたは別の選択肢による磁性材料および合金から形成されていてもよく、例としては、ＮｉＦｅＡｌＳｉが挙げられるが、これに限られない。
【００４８】
磁性フレークはまた、渦電流または磁性層の透磁率に寄与しない、外側非導電性酸化物層を有していてもよい。よって、有効磁性フレーク厚さは、実際のフレーク厚さ未満とすることができる。酸化物層は、磁性フレーク間に電気絶縁性を与えるため、用途によっては、外側非導電性酸化物層を有する磁性フレークを使用することが有益となることがある。
【００４９】
磁性フレークと磁性粒子のジオメトリー（形状）は、それらの透磁率、渦電流およびヒステリシス損、周波数安定性および電流操作を左右することができる。これらの性質は、お互いに相殺されることがある。しかし、セオリーに縛られることは望まないが、磁性フレークは、使用意図に応じた性質を正しく組み合わせることで、粒子の設計自由度を増すと考えられている。面上寸法を増加させると、透磁率を増加できるが電流操作が犠牲になる。面上寸法を減少させると、周波数安定性を促進できるが透磁率が犠牲になる。磁性フレークコンポジットは、１０００ＭＨｚを超える周波数安定性を達成できることが示されている。
【００５０】
磁性フレークは、ミルやグラインド等のトップダウンの方法で作製できる。このようなフレーク作製技術では、磁性層にサイズ多様性をもたらせることができる。たとえば図４に示すように、磁性フレークの形態は、走査型電子顕微鏡で特徴づけることができる。磁性フレークの面上寸法（または直径）および厚さは、フレークによって統一性の無いものとすることができ、フレークによって異なるが、以下の範囲内におさまる寸法を有するフレークが、使用意図に応じた所望の性質の組み合わせを達成するのに効果的である。
【００５１】
いくつかの実施形態においては、磁性層２２０、２３０における磁性フレークの厚さは、所望の最大動作周波数で計算されたフレーク表皮深さにおよそ等しいか、または未満である。外側非導電性酸化物層を有する磁性フレークは、外側酸化物層の深さより厚くできる。多くの磁性材料の場合、０．１〜１マイクロメーター（μｍ）の厚さの磁性フレークは、少なくとも１０ＭＨｚの動作周波数まで、渦電流抑制効果を有することができる。表皮深さがより深い磁性材料の場合、または低い動作周波数が所望である場合、約５μｍまでの厚さを有する磁性フレークが渦電流抑制効果を有する。大直径（８μｍより大きい）の磁性フレークは、インダクタ向け磁性層作製における実際的観点から、およそ２００μｍのフレーク直径を上限として、平面上透磁率の増加という利点を与えることができる。磁性フレークは、磁性フレークの厚さの約４〜１００倍の直径を有することができる。いくつかの実施形態においては、より小さい直径の磁性フレーク（約３〜約５μｍ）またはより小さい直径の磁性粒子（約０．５〜約３μｍ）が、磁性層２２０、２３０間の接着剤層に有益である。
【００５２】
図３は、実施形態の例による磁性層および磁性接着剤いくつかの材料の選択肢を示す。図３に挙げられ、明細書中に言及される磁性材料は、限定を意図していない。理解される通り、所望の材料性質を有する磁性材料を、ここに説明された実施例にて使用された材料の代わりに使用しても良い。理解される通り、材料の性質およびインダクタの設計動作上要件に基づいて、磁性粒子および磁性フレークの寸法を調整することができる。
【００５３】
磁性フレークまたは粒子は、図４に示されるように、エポキシ等の接着剤と混合し、プレスして磁性シート４１０にすることができる。フレキシブル磁性シート４１０は、低コストで広面積パネル集積を可能にする。図４は、実施形態の例による磁性シート４１０の断面図を含む。図４に示すように、シート４１０は、実質的にお互いにアライメントされた磁性フレークを含めることができる。アライメントされたフレーク形状が異方性であることは、磁性フレークおよび磁性シート４１０面上で磁性スピンをアライメントする利点があり、磁性シート４１０に高透磁率を与える。アライメントされたフレークを層状にすると、図４の実施例に示す通り、磁性粒子またはアライメントされていないフレークを有するコンポジットに比較して、高充填密度の磁性材料を可能にし、高飽和磁化および透磁率をもたらす。
【００５４】
いくつかの実施形態においては、薄磁性シート４１０内の接着剤は、磁性フレークまたは粒子をお互いから電気絶縁し、磁性フレークまたは粒子を接着し、磁性シート４１０を他の構造から電気絶縁し、および／または磁性シート４１０を他の構造に接着できる。磁性シート４１０の利点としては、以下が挙げられる：基板または他のインダクタ構造に積層でき、標準半導体製造技術によりさらにプロセスでき、シリコン、ガラス、および能動部品付き半導体チップ（これらに限られない）を含む脆い基板に対応できる。
【００５５】
実施形態の例において磁性層として使用できる磁性シートは、各層で１０ＭＨｚの動作周波数で約２００〜約１０００の有効透磁率を有することができる。磁性シートは、約１０〜３００μｍの厚さを有する。磁性シートは、約５０：５０〜約９０：１０の容積比（接着剤に対する磁性フレークまたは磁性粒子の容積比）を有することができる。
【００５６】
いくつかの実施例による、磁性フレークまたは粒子は、エポキシポリマー等の接着剤と混合し、ペースト状磁性接着剤とすることができる。たとえば、磁性接着剤は、インダクタの構造同士の空洞またはギャップを充填し、および／またはインダクタの構造同士を接着し、磁性層を作製するのに使用することができる。直径約０．２〜１μｍの球状ＮｉＦｅ合金粒子を有する磁性ペーストからなる磁性層は、１０ＭＨｚまでの動作周波数で５５の透磁率と測定される。
【００５７】
実施形態の例による、インダクタは、以下の構造をいくつか、または全て含めることができる：基板２１０、第１磁性層２２０、導電性コイル１１０、第２磁性層２３０、絶縁フィラー層２５０、磁性接着剤２６０、および少なくとも１つの薄接着剤コーティング２４０。図２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ、および２Ｅは、実施形態の例の態様を示す。
【００５８】
図２Ａは、第１実施形態の平面インダクタの断面を示す。インダクタは、基板２１０、基板２１０に配置された第１磁性層２２０、および第１磁性層２２０の一部に配置された導電性コイル１１０を含む。第１磁性層２２０は、基板２１０に直接配置するか、または、第１磁性層２２０を基板２１０に接着する、薄接着剤コーティング２４０等の介在層を介して基板２１０に配置することができる。同様に、導電性コイル１１０は、第１磁性層２２０（図示）に直接配置するか、または、導電性コイル１１０と第１磁性層２２０の間に存在する介在層または接着剤を介して第１磁性層２２０に配置することができる。第１磁性層２２０は、磁性フレーク（図示）または磁性粒子を含むことができ、追加的に接着剤材料を含むことができる。第１磁性層２２０は、磁性シート４１０またはペースト状磁性接着剤とすることができる。
【００５９】
図２Ｂは、第２実施形態の平面インダクタの断面を示す。インダクタは、基板２１０、基板２１０に配置された第１磁性層２２０、第１磁性層２２０の第１部分に配置された導電性コイル１１０、および、導電性コイル１１０と第１磁性層２２０の第２部分に配置された第２磁性層を含む。第１磁性層２２０は、基板２１０に直接配置するか、または第１磁性層２２０を基板２１０に接着する、薄接着剤コーティング２４０等の介在層を介して基板２１０に配置することができる。導電性コイル１１０は、第１磁性層２２０（図示）に直接配置するか、または、導電性コイル１１０と第１磁性層２２０の間に存在する介在層または接着剤を介して第１磁性層２２０に配置することができる。第２磁性層２３０は、第１磁性層２２０と導電性コイル１１０（図示）に直接配置するか、または、第２磁性層２３０と第１磁性層２２０または導電性コイル１１０間に存在する、介在層または接着剤を介して第１磁性層２２０と導電性コイル１１０に配置することができる。磁性層２２０、２３０はいずれも、磁性フレーク（図示）または磁性粒子を含むことができ、接着剤材料を含むことができる。磁性層２２０、４３０はいずれも、磁性シート４１０またはペースト状磁性接着剤とすることができる。
【００６０】
図２Ｂに示すように、第１および第２磁性層２２０、２３０は、導電性コイル１１０の少なくとも一部の上、下、および側面に追従する。追従構造は、インダクタ密度を高め、これにより、磁性層２２０、２３０の間に介在材料または構造を有するインダクタに比較して、与えられたインダクタコイルのジオメトリー（形状）とサイズにしては、高インダクタンスのインダクタをもたらす。磁性層２２０、２３０はいずれも、お互いに実質的にアライメントされた磁性フレークを含めることができる。いくつかの実施形態において、導電性コイル１１０の表面に追加的にアライメントする磁性フレークは、導電性コイル１１０付近の磁場ラインにアライメントでき、さらにインダクタ密度が増す。
【００６１】
いくつかの実施形態において、第２磁性層２３０は、実質的にアライメントされた磁性フレークを含む磁性シート４１０とすることができ、等方圧加圧と低粘度モノマー接着剤を使用して、導電性コイル付近の磁性フレークが導電性コイル１１０の表面とアライメントするように、磁性シートを導電性コイル１１０の周りに巻いてインダクタ構造に適用する。いくつかの実施形態においては、低粘度接着剤は、平坦フィルムまたは追従コーティングとすることができる。平坦フィルムの場合は、標準積層プロセスを使用できるが、フラックスが漏れることがあり、インダクタンスに影響する。追従接着剤は、フラックスの漏れを最小にするために薄くでき、平坦フィルム使用時に比較して高インダクタンスをもたらす。
【００６２】
図２Ｃは、第３実施形態の平面インダクタの断面を示す。図２Ｂに対比して説明すると、図２Ｃは、基板２１０、基板２１０に配置された第１磁性層２２０、第１磁性層２２０の第１部分に配置された導電性コイル１１０、および導電性コイル１１０と第１磁性層２２０の第２部分に配置された第２磁性層を含む。図２Ｃの構造も同様に、図２Ｂの説明の通りに構成、配置される。
【００６３】
図２Ｃは、導電性コイル１１０を第１および第２磁性層２２０、２３０に接着し、第２磁性層２３０を第１磁性層に接着する、薄接着剤コーティング２４０も追加的に示す。理解される通り、構造は、直接配置することができ、接着剤コーティング２４０の全てまたは一部を取り除いても良い。たとえば、第１および第２磁性層２２０、２３０は、導電性コイル１１０をセルフ接着し、層２２０、２３０間を接着する接着剤を含めることができる。
【００６４】
図２Ｃはさらに、側面と上面が鈍角を形成する導電性コイル１１０を示す。いくつかの実施形態においては、側面は、凹形状を有することができる。傾斜のついた側面は、導電性コイル１１０の上２７２と側面２７１への第２磁性層２３０の追従を改善する。傾斜のついた側面は、第２磁性層２３０において追加的に磁性フレークの、導電性コイル１１０の上と側面に対するアライメントを促進する。示されている通り、いくつかの実施形態においては、第１磁性層２２０における磁性フレークは、導電性コイル１１０の下面２７３とアライメントできる。
【００６５】
図５は、図２Ｃに示す実施例のインダクタ１００の断面イメージである。図５は、実質的にアライメントされた磁性フレークを含む第１磁性層２２０、導電性コイル１１０、実質的にアライメントされた磁性フレークを含む第２磁性層２３０、および、導電性コイル１１０を第１および第２磁性層２２０、２３０に接着し、第１磁性層２２０を第２磁性層２３０に接着する接着剤コーティング２４０を示す。示されている通り、導電性コイル１１０は、上面で鈍角を形成し、傾斜のついた凹形状の側面を有する。導電性コイル１１０付近の第１および第２磁性層２２０、２３０の磁性フレークは、導電性コイル１１０表面と実質的にアライメントすることができる。
【００６６】
図２Ｄは、第４実施例の平面インダクタの断面を示す。インダクタは、基板２１０、基板２１０に配置された第１磁性層２２０、および第１磁性層２２０の第１部分に配置された導電性コイル１１０、導電性コイル１１０と第１磁性層２２０の第２部分に配置された第２磁性層２３０、および、第１磁性層２２０と第２磁性層２３０の間に配置された絶縁フィラー層２５０を含む。絶縁フィラー層２５０は、導電性コイル１１０の平面上に設置することができる。絶縁フィラー層２５０は、導電性コイル１１０の巻線の間に電気絶縁性を与え、第１および第２磁性層２２０、２３０の間に電気絶縁性を与え、導電性コイル１１０の間に電気絶縁性を与え、磁性層２２０、２３０、のいずれかには、接着剤を含めることができ、導電性コイル１００を第１磁性層２２０に接着することができ、導電性コイルを第２磁性層２３０に接着することができ、および／または第１磁性層２２０を第２磁性層２３０に接着することができる。絶縁フィラー層２５０は、第１磁性層２２０に直接的または間接的に配置された下平面を有することができる。絶縁フィラー層２５０は、第２磁性層２３０に直接的または間接的に配置された上平面を有することができる。
【００６７】
第１磁性層２２０は、基板に直接配置するか、または、第１磁性層２２０を基板２１０に接着して、薄接着剤コーティング２４０等の介在層を介して、間接的に配置できる。絶縁フィラー層２５０の一部は、導電性コイル１１０と第１磁性層２２０（図示）の間に介在層を形成することができ、異なる介在層または接着剤を導電性コイル１１０と第１磁性層２２０の間に設置するか、または、導電性コイル１１０を第１磁性層２２０に直接配置することができる。
【００６８】
絶縁フィラー層２５０は、第１磁性層２２０（図示）の一部に直接配置するか、または絶縁フィラー層２５０と磁性層２２０の間の介在層または接着剤を介して間接的に第１磁性層２２０の一部に配置することができる。絶縁フィラー層２５０ｃは、導電性コイル１１０（図示）の巻線間のギャップを完全に充填でき、または導電性コイルの巻線間のギャップを部分的に充填することができる。
【００６９】
第２磁性層２３０は、絶縁フィラー層２５０（図示）に直接配置するか、または間接的に第２磁性層２３０と絶縁フィラー層２５０に存在する介在層または接着剤を介して絶縁フィラー層２５０に配置することができる。絶縁フィラー層２５０は、導電性コイル１１０と第２磁性層２３０（図示）の間に介在層を形成することができる、第２磁性層の一部は、導電性コイル１１０に直接配置でき、または導電性コイル１１０と第２磁性層２３０の間に異なる介在層または接着剤を設置することができる。
【００７０】
磁性層２２０、２３０のいずれも、磁性フレーク（図示）または磁性粒子を含むことができ、追加の接着剤材料を含むことができる。磁性層２２０、４３０のいずれも、磁性シート４１０またはペースト状磁性接着剤とすることができる。
【００７１】
図２Ｅは、第５実施例の平面インダクタの断面を示す。インダクタは、基板２１０、基板２１０に配置された第１磁性層２２０、および第１磁性層２２０の第１部分に配置された導電性コイル１１０、導電性コイル１１０と第１磁性層２２０の第２部分に配置された第２磁性層２３０、および、第１磁性層２２０と第２磁性層２３０の間に配置された磁性接着剤２６０を含む。磁性接着剤２６０は、磁性フレークまたは粒子、およびポリマーエポキシ等のポリマー接着剤を含めることができる。磁性粒子は、Ｎｉ８１Ｆｅ１７Ｃｕ１．５Ｍｏ０．５等のＮｉＦｅ合金、たとえば、ＣｏＦｅ合金、またはその他の鉄合金を含むことができる。磁性接着剤は、ペースト状接着剤とすることができる。磁性接着剤中の磁性フレークまたは粒子は、お互いに電気的に絶縁されたものとすることができる。磁性接着剤２６０を使用するインダクタは、絶縁フィラー層２５０を使用するインダクタに比較して、高密度（高インダクタンス）を有することができる。いくつかの実施形態において、磁性接着剤は、約２〜２０μｍの直径の粒子を有することができる。磁性接着剤は、直径約３〜５μｍの磁性フレークを含めることができる。磁性接着剤において、磁性粒子またはフレークの、ポリマーに対する容積比は、約６０：４０〜約８０：２０とすることができる。
【００７２】
磁性接着剤層２６０は、導電性コイルの平面上に設置することができる。磁性接着剤２６０は、導電性コイル１１０の巻線の間に電気絶縁性を与えることができ、第１および第２磁性層２２０、２３０の間に電気絶縁性を与えることができ、導電性コイル１１０の間に電気絶縁性を与えることができ、磁性層２２０、２３０のいずれかは、導電性コイル１００を第１磁性層２２０に接着することができ、導電性コイルを第２磁性層２３０に接着することができ、および／または第１磁性層２２０を第２磁性層２３０に接着することができる。磁性接着剤２６０は、第１磁性層２２０に配置された下平面を有することができる。磁性接着剤２６０は、第２磁性層２３０に直接的にまたは間接的に配置された上平面を有することができる。
【００７３】
第１磁性層２２０は、基板２１０に直接配置するか、または薄接着剤コーティング２４０等の介在層を介して、第１磁性層２２０と基板２１０を分離し、間接的に基板２１０に配置できる。磁性接着剤２６０の一部には、導電性コイル１１０と第１磁性層２２０の間に介在層を形成することができる（図示）。導電性コイル１１０と第１磁性層２２０の間に、異なる介在層または接着剤を設置することができる。または、導電性コイル１１０を第１磁性層２２０に直接配置することができる。
【００７４】
磁性接着剤２６０は、第１磁性層２２０（図示）の一部に直接配置することができる。または、磁性接着剤２６０と磁性層２２０の間に存在する介在層または接着剤を介して第１磁性層２２０の一部に、間接的に配置できる。磁性接着剤２６０は、導電性コイル１１０の巻線間のギャップを完全に埋めることができる（図示）。または、導電性コイルの巻線間のギャップを部分的に埋めることができる。
【００７５】
第２磁性層２３０は、磁性接着剤２６０に直接配置することができる（図示）。または、第２磁性層２３０と磁性接着剤２６０の間に存在する介在層または接着剤を介して、間接的に磁性接着剤２６０に配置することができる。磁性接着剤２６０は、導電性コイル１１０と第２磁性層２３０の間に介在層を形成することができる（図示）。第２磁性層の一部は、導電性コイル１１０に直接配置できる。または、異なる介在層または接着剤を、導電性コイル１１０と第２磁性層２３０の間に設置することができる。
【００７６】
磁性層２２０、２３０のいずれも、磁性フレーク（図示）または磁性粒子を含むことができ、追加的に、接着剤材料を含むことができる。磁性層２２０、４３０のいずれも磁性シート４１０またはペースト状磁性接着剤とすることができる。
【００７７】
第６実施形態では、インダクタは、基板、少なくとも基板の一部に配置された第１磁性層、少なくとも基板の一部に配置された第１磁性層、第１磁性層の第１部分に配置された導電性コイル、第１磁性層の第２部分に配置された第２磁性層、少なくとも第１磁性層の第３部分に配置された第２導電性コイル、および、第２導電性コイルの少なくとも一部に配置された第２磁性層を含むことができる。本開示のインダクタはしかし、１または２の導電性コイルに限られない。当業者が理解する通り、インダクタは、２を超える導電性コイルを含め、導電性コイルを何個含んでもよい。
【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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【国際調査報告】
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