(57)【要約】【課題】本発明は、インダクタンスが大きく、かつコイル抵抗の小さな平面磁気素子に関する。【解決手段】第１の磁性体層上に平面コイルを形成し、該平面コイルの線間も含めて上層に第２の磁性体層を形成してなる平面磁気素子において、前記の第１の磁性体層と第２の磁性体層の磁性体体積率を６０％以上とする。【選択図】      図１
2004186360.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の磁性体層上に平面コイルを形成し、該平面コイルの線間も含めて上層に第２の磁性体層を形成してなる平面磁気素子において、前記の第１の磁性体層と第２の磁性体層の磁性体体積率を６０％以上とすることを特徴とする平面磁気素子。
【請求項２】
第１の磁性体層上に平面コイルを形成し、該平面コイルの線間も含めて上層に磁性体／樹脂複合層を掩覆して形成し、更にその上層に第２の磁性体層を形成してなる平面磁気素子において、前記磁性体／樹脂複合層の磁性体体積率を１０％〜６０％とし、かつ、前記の第１の磁性体層と第２の磁性体層の磁性体体積率を６０％以上とすることを特徴とする平面磁気素子。
【請求項３】
第１の磁性体層上に平面コイルを形成し、該平面コイルの線間も含めて上層に第２の磁性体層を掩覆して形成し、更にその上層に第１の磁性体層を形成してなる平面磁気素子において、前記第１の磁性体層を磁性体の焼結体とし、前記第２の磁性体層の磁性体体積率を６０％以上とすることを特徴とする平面磁気素子。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の平面磁気素子を製造する平面磁気素子の製造方法であって、前記の第１と第２の磁性体層の両方、もしくは、少なくとも前記第２の磁性体層が微粉吹き付け法で形成されてなることを特徴とする平面磁気素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インダクタンスが大きく、かつコイル抵抗の小さな平面磁気素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯機器やノートパソコン等のような、電池で駆動される携帯機器の利用が進んでいる。
このような携帯機器に対しては、従来から、より一層の小型・軽量化が望まれており、最近ではこれらに加えて、マルチメディア化への対応、すなわち通信機能や表示機能の充実、あるいは、画像データを含む大量情報の高速処理などの高機能化が求められている。
【０００３】
これにともない、電池からの単一電圧を、ＣＰＵやＬＣＤモジュール、通信用パワーアンプなど様々な搭載デバイスが必要とする各々の電圧レベルに変換できる小型電源の需要が増加してきた。
そこで、電子機器の小型・軽量化と高機能化を両立させるために、電源に搭載されるトランスやインダクタ等の磁気素子についても、その小型・軽量化を進めることが重要な課題となっている。
【０００４】
このような状況下で、従来、焼結フェライトコアにコイルを巻いたトランス、インダクタが搭載されてきたが、これらはいずれも薄型化が困難で、電源の薄型化を阻害する要因となっていた。
そこで、磁気素子の小型・軽量化を図るために、シリコン基板上に、順に金属系磁性膜層／絶縁層／平面コイル層／絶縁層／金属系磁性膜層を構成してなる平面磁気素子（例えば、特許文献１等参照）等が提案された。
【０００５】
しかしながら、これらの平面磁気素子は、製造コストと特性の両面で多くの問題を残していた。
すなわち、これらの平面磁気素子は、６〜７μｍ厚程度の金属系磁性膜をスパッタ法などで成膜する必要があり、また、金属系磁性膜層と平面コイルの間に絶縁層を形成する必要があることなどから、従来の磁気素子に比べてコストアップを避けることができなかった。
【０００６】
また、その特性上においても以下の問題がある。
すなわち、平面磁気素子は、ＭＨｚオーダーの高周波域で駆動されるため、金属系磁性膜での渦電流損失が増大しやすい。また、上下の金属系磁性層が平面コイルを介して対峙する構造であるために渡り磁束が発生しやすく、これがコイルを鎖交することで渦電流損失の増大を招くことになる。
【０００７】
これらの問題を解決するものとして、金属系磁性膜の代わりに、フェライトの厚膜を用いた平面磁気素子が提案されている（例えば、特許文献２等参照）。これは、上下磁性層をフェライト厚膜で置きかえるとともに、コイル間にもフェライトを充填することで、コイルの交流損失を大幅に低減できるものである。なお、フェライト磁性体は焼結体とすることを好適とするが、コイルの存在下で焼結するとコイルの酸化劣化を招き電気抵抗が劣化するため、コイル載設後に形成する上部磁性層についてはフェライト粉末を樹脂で低温固化して形成するフェライト含有樹脂層とすることが好適であるとされている（例えば、特許文献３等参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平４−３６３００６号公報
【特許文献２】
特開２００１−２４４１２３  号公報
【特許文献３】
特開２００１−２４４１２４  号公報
【非特許文献１】
「まてりあ」，４１，（７）  ，（２００２），ｐ４５９
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術では、コイル抵抗を小さくして、かつ、さらなるインダクタンス増加を達成するという技術的課題が残ったままとなっていた。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、従来の平面磁気素子において、次の２つの大きな問題があることを見出した。
（１）フェライト含有樹脂層を上部磁性層としたとき、この部分の透磁率が小さいこと。
（２）基板の上に、フェライトを焼き付けて使用した時、この部分の透磁率が小さいこと。
【００１１】
そして、これらの問題を解決する手段として、磁性体体積率を６０％以上とする高密度のフェライト層、すなわち、磁性体体積率を６０％以上とする磁性層を低温で形成することで、上記課題を解決できることを見出し、本発明に至った。
すなわち、本発明は、以下の各項記載の平面磁気素子である。
▲１▼  第１の磁性体層上に平面コイルを形成し、該平面コイルの線間も含めて上層に第２の磁性体層を形成してなる平面磁気素子において、前記の第１の磁性体層と第２の磁性体層の磁性体体積率を６０％以上とすることを特徴とする平面磁気素子。
▲２▼  第１の磁性体層上に平面コイルを形成し、該平面コイルの線間も含めて上層に磁性体／樹脂複合層を掩覆して形成し、更にその上層に第２の磁性体層を形成してなる平面磁気素子において、前記磁性体／樹脂複合層の磁性体体積率を１０％〜６０％とし、かつ、前記の第１の磁性体層と第２の磁性体層の磁性体体積率を６０％以上とすることを特徴とする平面磁気素子。
▲３▼  第１の磁性体層上に平面コイルを形成し、該平面コイルの線間も含めて上層に第２の磁性体層を掩覆して形成し、更にその上層に第１の磁性体層を形成してなる平面磁気素子において、前記第１の磁性体層を磁性体の焼結体とし、前記第２の磁性体層の磁性体体積率を６０％以上とすることを特徴とする平面磁気素子。
▲４▼  上記▲１▼〜▲３▼のいずれかに記載の平面磁気素子を製造する平面磁気素子の製造方法であって、前記の第１と第２の磁性体層の両方、もしくは、少なくとも前記第２の磁性体層が微粉吹き付け法で形成されてなることを特徴とする平面磁気素子の製造方法。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について説明する。
図１に、請求項ｌに記載の本発明の平面磁気素子１１の断面を示す。
図１において、第１の磁性体層１は磁性体焼結層であり、平面コイル２の線間も含めて上層に形成してなる第２の磁性体層３は、樹脂を含まない磁性体体積率が９０％のフェライトとしている。
【００１３】
図２には、請求項２に記載の本発明の平面磁気素子１２の断面図を示す。
図２において、下部磁性層である第１の磁性体層１は同じく磁性体焼結層であり、その上に平面コイル２が配置されていることは図１と同じである。
一方、図２では、平面コイル２の線間を含めて上部にフェライト粉末を分散した複合樹脂を磁性体／樹脂複合層４を掩覆して形成している。この磁性体／樹脂複合層４は、フェライト粉末分散樹脂で固定・補強することを目的に適用するものである。例えば、後述する微粉吹き付け法で磁性層を成膜すると、平面コイルのコイル線間の隙間に磁性体が入りにくくなる恐れがあることから、その防止のために適用するものである。ここで、この部分の磁性体／樹脂複合層４の磁性体体積率は５０％とした。そして、この上に樹脂を含まない体積率９０％のフェライト磁性層を第２の磁性体層３として形成して平面磁気素子１２としている。
【００１４】
図３には、請求項３に記載の本発明の平面磁気素子１３の断面図を示す。
図３において、その下部磁性層である第１の磁性体層１は同じく焼結層であり、その上に平面コイル２が配置されていることは図１、図２に同じである。
図３の平面磁気素子１３では、平面コイル２の線間も含めて上部に樹脂を含まない体積率９０％のフェライト磁性層を第２の磁性体層３として形成し、さらにその上に焼結層からなる第１の磁性体層１を配置する。このとき、上側の第１の磁性体層１として焼結板を貼り付けるため、第２の磁性体層３との間に接着層を設けることを好適とする。図１〜３では、第１の磁性体層１の下には、Ｓｉ、アルミナなどのセラミックス、石英ガラスなどの基板を配置することもできる。
【００１５】
本発明において、磁性体体積率を６０％以上とする第２の磁性体層３は、例えば、微粉吹き付け法を用いることで容易に実現できる。微粉吹き付け法は、微粉を高速で基板に吹き付けて成膜する方法の総称で、低温で大きな密度を達成できることが特徴である。
微粉吹き付け法の一種であるエアロゾルデポジション法（ＡＤ法ともよぶ。）を一例として、図５に例示する（非特許文献１参照）。この手法は、エアロゾル化チャンバー６と成膜チャンバー８、および、これらを結ぶ搬送チューブ７から構成されている。磁性体微粉末であるフェライト微粉末は、エアロゾル化チャンバー６内でガスと攪拌・混合してエアロゾル化され、真空ポンプ１０で真空引きされている成膜チャンバー８との圧力差によるガスの流れにより、成膜チャンバー８に搬送される。そして、エアロゾル化された磁性体微粉末３ａがノズル９を通して半製品基板１１ａ  に噴射され、成膜が行われる。
【００１６】
このとき、ＡＤ法の特徴は、室温において高密度膜の形成が可能なことと、通常のプレス成形品よりも低温で粒成長（焼結）可能なことである。したがって、平面コイル２を熱酸化で劣化させることもなく良好な電気抵抗を保つことができる。
また、ＡＤ法は、下部磁性体層である第１の磁性体層を基板上に成膜して形成する場合においても有効である。
【００１７】
すなわち、基板上に形成された下部磁性体層における磁気特性劣化の原因の一つは、下部磁性体層が焼結するときの収縮に起因する内部応力により、透磁率を劣化させることにある。ここで、微粉を吹き付け成膜した場合には、室温において高密度を達成するために、焼結にともなう収縮が小さく、成膜した下部磁性体層の残留応力を小さくすることができ、透磁率の劣化を抑制できるという効果がある。
【００１８】
以上、本発明における磁性体体積率を６０％以上とする磁性体層をＡＤ法で形成する場合について説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、磁性体層を低温合成できる手法であれば他の方法でもよい。
本発明における磁性体体積率を６０％以上とする磁性体層が好適である理由は以下の通りである。
【００１９】
磁性体体積率を６０％未満とすると、透磁率など磁気特性の劣化が著しく、かつ、この場合バインダーを含まないため膜強度が不足する。これらの理由から、磁性体体積率を６０％以上とした。
また、磁性体体積率を６０％以上とする磁性体層は、層の成膜後に熱処理を施すことができる。これは、成膜時に磁性体材料に導入された歪みを除去する効果があり、磁気特性を向上することができる。
【００２０】
ただし、熱処理温度が、周囲の構成物の特性を劣化させることのない温度を上限とすることが必要である。例えば、熱処理温度は、請求項２の記載においてエポキシ樹脂と同時であれば  ２００℃以下とすると好適である。請求項１、３の記載においてＣｕを組成とする平面コイルと同時であれば８００  ℃を越えてはならない。特に、磁性体がＮｉＺｎ系フェライトであれば、大気中熱処理が特性に良好なので、この場合、より好適には３００  ℃以下である。
【００２１】
ところで、本発明に適用する磁性体としてはフェライトが好適であり、中でも絶縁体であるＮｉＺｎ系フェライトが好ましいが、これに限定するものではない。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明の実施例１〜５と、比較のための従来例について説明する。
（実施例１）
図１を基本構造とする実施例である。
Ｆｅ２  Ｏ３  ：  ４９ｍｏｌ％、ＺｎＯ：  ２３ｍｏｌ％、ＣｕＯ：  １２ｍｏｌ％、ＮｉＯ：  １６ｍｏｌ％組成の  ２００μｍ厚みフェライト基板（第１の磁性体層）の上に、下地メッキ層として０．５μｍ厚みのＣｕシード膜を成膜した。ついでこの上にフォトレジストを塗布した後、露光・現像によりライン／スペース＝５０μｍ／３０μｍ、１４ターンのスパイラルパターンを形成した。その後、スパイラルパターンを形成したレジストフレーム内に電気メッキによりＣｕを析出させ、７０μｍ厚の平面コイルを形成した。ついで、レジストを剥離した後、化学エッチングで平面コイル間の下地メッキを除去して平面コイルを完成した。さらにその上に、ＡＤ法で磁性体体積率９０％となるフェライト磁性体層（第２の磁性体層）を  ２００μｍ形成した後、大気中で後述の表１に示した温度で熱処理を施して本発明の平面磁気素子を完成させた。
（実施例２）
図２を基本構造とする実施例である。
【００２３】
Ｆｅ２  Ｏ３  ：  ４９ｍｏｌ％、ＺｎＯ：  ２３ｍｏｌ％、ＣｕＯ：  １２ｍｏｌ％、ＮｉＯ：  １６ｍｏｌ％組成の  ２００μｍ厚みフェライト基板（第１の磁性体層）の上に、下地メッキ層として０．５μｍ厚みのＣｕシード膜を成膜した。ついでこの上にフォトレジストを塗布した後、露光・現像によりライン／スペース＝５０μｍ／３０μｍ、１４ターンのスパイラルスパイラルパターンを形成した。その後、スパイラルパターンを形成したレジストフレーム内に電気メッキによりＣｕを析出させ、７０μｍ厚の平面コイルを形成した。ついで、レジストを剥離した後、化学エッチングで平面コイル間の下地メッキを除去して平面コイルを完成した。さらにその上に、エポキシ樹脂にフェライト粉末を分散したペーストをコイル上にスクリーン印刷して硬化させ、磁性体／樹脂複合層を掩覆して形成した。なお、硬化後のフェライト体積率は５０％である。このとき、コイルの線間はこの層で埋められ、コイル上の厚みは１０μｍとなるように掩覆する。さらにその上に、ＡＤ法で磁性体体積率９０％のフェライト層を  ２００μｍの厚さに形成した後、大気中で後述の表１に示した温度で熱処理を施して別の本発明の平面磁気素子を完成させた。
（実施例３）
図３を基本構造とする実施例である。
【００２４】
Ｆｅ２  Ｏ３  ：  ４９ｍｏｌ％、ＺｎＯ：  ２３ｍｏｌ％、ＣｕＯ：  １２ｍｏｌ％、ＮｉＯ：  １６ｍｏｌ％組成の  ２００μｍ厚みフェライト基板（第１の磁性体層）の上に、下地メッキ層として０．５μｍ厚みのＣｕシード膜を成膜した。ついでこの上にフォトレジストを塗布した後、露光・現像によりライン／スペース＝５０μｍ／３０μｍ、１４ターンのスパイラルパターンを形成した。その後、スパイラルパターンを形成したレジストフレーム内に電気メッキによりＣｕを析出させ、７０μｍ厚の平面コイルを形成した。ついで、レジストを剥離した後、化学エッチングで平面コイル間の下地メッキを除去して平面コイルを完成した。その上に平面コイル部分をマスクして、ＡＤ法で磁性体体積率９０％となるフェライト磁性体層（第２の磁性体層）をコイル線間も含めて上層に掩覆して形成した後、大気中で後述の表１に示した温度で熱処理を施し、この上にエポキシ樹脂で  ２００μｍ厚のフェライト焼結板を第１の磁性体層として貼り付けて更に別の本発明の平面磁気素子を完成させた。
（実施例４）
Ｓｉ基板上にフェライト層をＡＤ法で成膜した後、９００  ℃で熱処理して下部層を形成した以外は「実施例１」に同じ方法で平面磁気素子を完成させた。
（実施例５）
Ｓｉ基板上にフェライト層をスクリーン印刷し、９３０  ℃焼成で成膜して下部磁性層を形成した以外は「実施例１」に同じ方法で平面磁気素子を完成させた。
（従来例）
比較のため、図４に示す断面図を基本構造とする従来の平面磁気素子を従来例として作成した。従来例は、平面コイルの上にフェライトを分散した樹脂ペーストをスクリーン印刷することで作成される。
【００２５】
Ｆｅ２  Ｏ３  ：  ４９ｍｏｌ％、ＺｎＯ：  ２３ｍｏｌ％、ＣｕＯ：  １２ｍｏｌ％、ＮｉＯ：  １６ｍｏｌ％組成の２００  μｍ厚みフェライト基板（第１の磁性体層）の上に、下地メッキ層として０．５  μｍ厚みのＣｕシード膜を成膜した。ついでこの上にフォトレジストを塗布した後、露光・現像によりライン／スペース＝５０μｍ／３０μｍ、１４ターンのスパイラルパターンを形成した。その後、スパイラルパターンを形成したレジストフレーム内に電気メッキによりＣｕを析出させ、７０μｍ厚の平面コイルを形成した。ついで、レジストを剥離した後、化学エッチングで平面コイル間の下地メッキを除去して平面コイルを完成した。その上に、エポキシ樹脂にフェライト粉末を分散したペーストをスクリーン印刷して硬化させ、従来の平面磁気素子とした。なお、硬化後のフェライト粉末分散樹脂層の厚さは、平面コイルのトップから  ２００μｍである。
【００２６】
以上の本発明例１〜５と従来例のそれぞれについて、コイルのインダクタンス特性などを表１に比較して示す。
【００２７】
【表１】
2004186360.tif 000003
【００２８】
表１から明らかなように、本発明による平面磁気素子は、従来例に比較していずれも良好な磁気特性を発現していることがわかる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明により、良好な磁気特性を発現する平面磁気素子を提供できるようになり、平面磁気素子のコイル抵抗を小さくして、かつ、さらなるインダクタンス増加を達成できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施の形態の平面磁気素子の断面構造図である。
【図２】本発明の別の好適な実施の形態の平面磁気素子の断面構造図である。
【図３】本発明の別の好適な実施の形態の平面磁気素子の断面構造図である。
【図４】従来の平面磁気素子の断面構造図である。
【図５】ＡＤ法についての説明図である。
【符号の説明】
１        第１の磁性体層（磁性体焼結層、あるいは、フェライト基板）
２        平面コイル
３        第２の磁性体層（磁性体体積率を６０％以上とする磁性体層）
３ａ    磁性体微粉末
４        磁性体／樹脂複合層（フェライト粉末分散樹脂層）
５        高圧ガス供給部
６        エアロゾル化チェンバー
７    搬送チューブ
８    成膜チェンバー
９    ノズル
１０        真空ポンプ
１１、１２、１３、２１    平面磁気素子
１１ａ    （平面磁気素子の）半製品基板
【図１】
2004186360.tif 000004
【図２】
2004186360.tif 000005
【図３】
2004186360.tif 000006
【図４】
2004186360.tif 000007
【図５】
2004186360.tif 000008