(57)【要約】【課題】本発明は、外部電極に気泡の残存がなく、且つ小型電源とする際にプリント基板への実装が容易に行える平面磁気素子を提供することを目的としている。【解決手段】コイル・パターンの中心部及び外周端に端子を有するスパイラル状の平面コイルと、平面コイル全体の上下部及びコイル・パターン間を埋めるフェライト磁性層とからなる平面磁気素子において、前記下部のフェライト磁性層と前記平面コイルとの間に電気絶縁層を設けると共に、該電気絶縁層内には、前記コイル・パターンの中心部に設けた端子の下部から平面磁気素子の端面に至る導電体を設けた。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイル・パターンの中心部及び外周端を有するスパイラル状の平面コイルと、平面コイル全体の上下部及びコイル・パターン間を埋めるフェライト磁性層とからなる平面磁気素子において、
前記下部のフェライト磁性層と前記平面コイルとの間に電気絶縁層を設けると共に、該電気絶縁層内には、前記コイル・パターンの中心部に設けた端子の下部から平面磁気素子の端面に至る導電体を設けたことを特徴とする平面磁気素子。
【請求項２】
前記平面磁気素子の端面及び前記コイル・パターンの外周端に設けられた端子に、外部電極を取り付けたことを特徴とする請求項１記載の平面磁気素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、平面磁気素子に係わり、特に、素子端面に外部電極を配置し、表面実装性に優れた平面磁気素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯機器やノートパソコン等のように、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化処理等の高機能化が求められている。これらの要求は、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等の様々な搭載デバイスが必要とする各々の電圧レベルに的確に変換できる小型電源の需要を増加させた。そのため、電子機器の小型・軽量化と高機能化とを両立させるべく、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・薄型化を進めることが重要な課題となっている。
【０００３】
このような状況下で、従来、前記電源には、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してきた。そこで、磁気素子の小型・軽量化を図るため、平面コイルを上下のフェライト磁性層で挟み、且つコイル・パターン（コイル線ともいう）間の隙間をフェライトで埋めた構造の平面磁気素子が提案された（例えば、特開２００１−２４４１２３号公報、特開２００１−２４４１２４号公報参照）。
【０００４】
それは、基板上に下部フェライト磁性層を印刷法等で形成し、その上にコイル・パターンをメッキ法等で形成した後、コイル・パターン間の隙間及び上部のフェライト磁性層を印刷法で形成して平面磁気素子としたものである。
【０００５】
このような構成とすることにより、磁気素子の薄型化に成功し、さらに高周波領域における電力損失の低減も達成された。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開２００１−２４４１２３号公報及び特開２００１−２４４１２４号公報で提案された平面磁気素子の構造は、図８に示すように、外部電極１が上部フェライト磁性層２２の上面に配置されている。この場合、小型電源とするには、該平面磁気素子３をプリント基板上に、上面を下向きにして所謂「フェイスダウン」で実装することになるが、上方から外部電極１が見えないため、次のような問題があった。
【０００７】
（１）外部電極とプリント基板上の配線パターンとの位置合わせが困難。
【０００８】
（２）接合させるハンダの良否判断が困難。
【０００９】
（３）さらに、該ハンダの密着強度が十分でない場合が生じる。
【００１０】
このような問題点を解決するためには、図９に示すように、平面磁気素子をメタルキャップ６で外部電極１と下部フェライト磁性層２１を挟み込んだ構造とすることが考えられている。
【００１１】
しかしながら、いずれの構造においても、外部電極１は、平面磁気素子の中央に設けられたスルーホール４（貫通孔）内の端子５上に、導電ペ−ストを充填して形成するため、その充填の際に、接触不良の原因となる気泡が残り、欠陥品となることがある。
【００１２】
本発明は、かかる事情に鑑み、外部電極に気泡の残存がなく、且つ小型電源とする際にプリント基板への実装が容易に行える平面磁気素子を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
発明者は、上記目的を達成するため研究を重ね、表面実装性を高めるには、外部電極を、平面磁気素子の上面ではなく、チップインダクタやチップコンデンサのように、端面に配置するのが良いと考えた。そして、その実現に鋭意努力し、本発明を完成させた。
【００１４】
すなわち、本発明は、コイル・パターンの中心部及び外周端に端子を有するスパイラル状の平面コイルと、平面コイル全体の上下部及びコイル・パターン間を埋めるフェライト磁性層とからなる平面磁気素子において、前記下部のフェライト磁性層と前記平面コイルとの間に電気絶縁層を設けると共に、該電気絶縁層内には、前記コイル・パターンの中心部に設けた端子の下部から平面磁気素子の端面に至る導電体を設けたことを特徴とする平面磁気素子である。この場合、前記平面磁気素子の端面及び前記コイル・パターンの外周端に設けられた端子に、外部電極を取り付けるのが良い。
【００１５】
本発明によれば、外部電極を、平面磁気素子の上面ではなく、端面に配置するようにしたので、該平面磁気素子のプリント基板への実装が容易に行えるようになる。また、平面磁気素子の中央に貫通孔を設けないので、該貫通孔に気泡が残存し、外部電極の導通が低下するという問題も解消される。
【００１６】
【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を具体的に説明する。
【００１７】
図１に本発明に係る平面磁気素子３の横断面を、平面コイルにスパイラル状のコイル・パターン７を採用した例で示す。それは、スパイラル状コイル・パターン７で形成され、高周波電流が流される平面コイルと、該スパイラル状のコイル・パターン７の中心及び外周端に設けられ、外部電極１に接続される端子５と、平面コイル全体の上下部及びスパイラル状のコイル・パターン７間を埋める上部フェライト磁性層２２とからなる従来の平面磁気素子（図８、図９参照）を改良したものである。
【００１８】
その改良の重要なポイントは、下部フェライト磁性層２１と前記平面コイルとの間に電気絶縁層８を設けると共に、該電気絶縁層８内には、前記スパイラル状のコイル・パターン７の中心に設けた端子５の下部から平面磁気素子３の端面に至る導電体９を設けたことである。このようにすると、外部電極１が、平面磁気素子３の端面及び前記スパイラル状のコイル・パターン７の外周端に設けられた端子５に取り付けることが可能となり、電源としてプリント基板等に実装する際には、該平面磁気素子３をフェイスダウンにする必要がなく、図２に示すように、そのままの姿勢でハンダ１０付けができる。したがって、ハンダ密着性の良否が外から容易に判断できる。加えて、ハンダと密着する部分が大きくなるため、強度の向上も達成できる（図８の平面磁気素子に対する改良）。また、該平面磁気素子３の中央には、従来のような外部電極１のための貫通孔４を設ける必要性もないので、該貫通孔４に気体が残存することも解消される。その結果、外部電極１の接続不良といった欠陥が生じなくなる（図９の平面磁気素子に対する改良）。
【００１９】
かかる平面磁気素子３は、以下の手順に従って製造される。
第１ステップ：下部フェライト磁性層２１からなる基板を準備し、その上に、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、コイル中央の端子から平面磁気素子３の端面までに相当する位置及びコイル外周の端子下部に相当する位置に、導電体９からなる配線パターンを形成する。この場合、下部フェライト磁性層２１は、フェライトを焼結した基板、フェライト粉末をエポキシ樹脂のような絶縁体に分散した基板、もしくは、アルミナのような絶縁基板上にフェライト層を形成させたものが用いられる。また、下部フェライト基板上の導電体９は、Ａｇぺ一ストを印刷し、約９００℃の温度で焼き付ける、もしくは、フォトリソ技術及び電気めっき技術で形成できる。
第２ステップ：
前記導電体９の上を、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、端部と中央部を残して電気絶縁層８で覆う。この電気絶縁層８は、導電体９がＡｇの場合は、低温（８５０℃程度）で焼成可能な絶縁体（フェライト含む）を塗布後に、焼結させて形成しても良いし、ポリイミド樹脂やエポキシ舳脂等の電気絶縁樹脂、もしくは、インダクタンス向上のために、フェライトを含んだ樹脂を用いても良い。
第３ステップ：
前記電気絶縁層８の上に、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、スパイラル状のコイル・パターン７及び端子５を形成する。このスパイラル状のコイル・パターン７及び端子５は、フオトリソ技術と電気銅めっき技術とを用いて形成する。つまり、全面に、Ｃｕシード層を０．５μｍ厚み成膜し、その上に、レジストを塗布し、平面コイル・パターン及び端子を露光・現像し、レジストフレームを形成する。そして、レジストフレーム内に、電気めっきでＣｕを析出させてから、レジストを剥離し、エッチングによって不要なＣｕシード層を除去する。
第４ステップ：
前記コイル・パターン７の隙間及び上部に、図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、上部フェライト磁性層２２を形成する。つまり、フェライト磁性粉末をエポキシ樹脂に混ぜたぺ一ストを、スクリーン印刷法にて、平面コイルの線間および上部にスクリーン印刷で形成する。この場合、コイル・パターン７の隙間は、フェライト粉末を分散させた樹脂複合体で充填することができ、上部フェライト磁性層２２としては、同じくフェライト及び樹脂の複合体で形成しても良いし、焼結フェライト基板を貼り付けても良い。
第５ステップ：
前記平面磁気素子３の端面及び前記スパイラル・パターンの外周端に設けられた端子５に、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、外部電極１を取り付ける。この場合、両端子５の端面に導電ぺ一ストを塗布、硬化することによって外部電極１を形成する。導電ぺ一ストとしては、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ等のペーストを用いると好適である。なお、配線基板に接続するハンダとの濡れ性を改善するため、無電解めっきやバレル法電気めっき技術を用いて、外部電極１の最外層に数μｍ厚みのＳｎ又はＳｎ合金層を設けるのが好ましい。また、本発明では、上記したフェライトとしては、絶縁体であるＮｉＺｎ系フェライトの利用が好適である。それに含有させる組成の代表例を以下に示す。
Ｆｅ２Ｏ３：４０〜５０ｍｏｌ％
Ｆｅ２Ｏ３が４０ｍｏｌ％に満たないとフェライトの透磁率低下にともなうインダクタンスの劣化が著しい。逆に５０ｍｏｌ％を超えると、Ｆｅ２＋イオンの存在により電気抵抗が急激に低下して、高周波領域で使用する場合に渦電流の発生によりフェライトコアの損失が急増する。従って、Ｆｅ２Ｏ３は４０〜５０ｍｏｌ％程度とすることが好ましい。
ＮｉＯ：１５〜５０ｍｏｌ％
ＮｉＯが１５ｍｏｌ％に満たないと実用上必要なキュリー温度を得ることができず、逆に５０ｍｏｌ％を超えると、異相が析出し、磁気特性が低下するので、ＮｉＯは１５〜５０ｍｏｌ％程度とすることが好ましい。
ＺｎＯ：１５〜３５ｍｏｌ％
ＺｎＯは、インダクタンスとキュリー温度に大きな影響を与える。キュリー温度は、磁気素子の耐熱性を決定づける重要なパラメータである。ＺｎＯが１５ｍｏｌ％に満たないと、キュリー温度は高いもののインタクタンスが低下し、一方３５ｍｏｌ％を超えると、インダクタンスは高いものの、キュリー温度が低下する。従って、ＺｎＯは１５〜３５ｍｏｌ％程度とすることが好ましい。
ＣｕＯ：０〜２０ｍｏｌ％
ＣｕＯは、焼成温度を低減するのに有用な成分である。しかしながら、２０ｍｏｌ％を超えると、焼成温度は低下するもののインダクタンスの劣化を招くので、含有させる場合には、ＣｕＯは２０ｍｏｌ％以下とすることが好ましい。
Ｂｉ２Ｏ３：Ｏ〜１０ｍｏｌ％
Ｂｉ２Ｏ３は、ＣｕＯと同じく、焼成温度を低下する効果がある。しかしながら、１０ｍｏｌ％を超えると、焼成温度は低下するちのの、インダクタンスが劣化するため、含有させる場合には１０ｍｏｌ％以下で含有させることが好ましい。
ＭｎＯ：０〜２０ｍｏｌ％、ＭｇＯ：０〜２０ｍｏｌ％
ＭｎＯ及びＭｇＯは、いずれも、インダクタンスを増加する効果を有する成分であるが、２０ｍｏｌ％を超えると、飽和磁化の低下を招くので、含有させる場合には、２０ｍｏｌ％以下で含有させることが好ましい。
【００２０】
以上、好適フェライトとして、ＮｉＺｎ系（ＮｉＣｕＺｎ系）フェライトの成分について説明したが、これ以外のフェライトであっても、ＮｉＺｎ系（ＮｉＣｕＺｎ系）フェライトと同等の特性を持つものであれば、いずれもが使用できるのは言うまでもない。
【００２１】
さらに、本発明に係る平面磁気素子３では、スパイラル型コイルを２つ以上配置しても良い。電気的に絶縁されたコイルを２つ以上配置した場合には、トランスとしての機能を発揮できるからである。
【００２２】
【実施例】
（実施例１）
フェライト組成はすべて、Ｆｅ２Ｏ３／ＺｎＯ／ＮｉＯ＝４９／２３／２８（ｍｏｌ％）組成のものを用いた。さて、上記の組成になるフェライト焼結基板（下部フェライト磁性層）上に、Ａｇぺ一ストをスクリーン印刷法で形成、約９００℃で焼成し、導電体を形成した。焼成後のＡｇ層の厚みは７μｍである。この上に、ポリイミド樹脂をスピンコートによって２０μｍ成膜した後、端部、および、中央部のコンタクト部分を、露光・現像でパターニングし、電気絶縁層を形成した。次いで、全面にＣｕを０．５μｍ無電解めっき法で成膜（下地めっき）する。その上に、レジストを塗布、露光、現像処理してスパイラル形状のレジストフレーム及び端子を形成した。この後、電気Ｃｕメッキを析出し、レジスト及び不要な下地めっきを剥離した。完成したコイルは、ライン／スペース／高さ＝５０／２０／８０（μｍ）、１４ターンである。次に、フェライト粉末を含むエポキシ樹脂ぺ一スト（フェライト粉末の体積率５０％）を、スクリーン印刷にて、コイル間／コイル上部にスクリーン印刷後、硬化し、上部フェライト磁性層を形成した。素子の端面に、Ａｇぺ一ストを塗布・硬化して外部電極を形成した。最後に、外部電極の表面をＮｉ（２μｍ）、Ｃｕ（１μｍ）、Ｓｎ（６μｍ）の順でめっきして、平面磁気素子を完成させた。
（比較例１）
Ｆｅ２Ｏ３／ＺｎＯ／ＮｉＯ＝４９／２３／２８（ｍｏｌ％）組成のフェライト焼結基板（下部フェライト磁性層）上に、ポリイミド樹脂をスピンコートによって２０μｍ成膜した後、前面に０．５μｍのＣｕを無電解めっき法で下地めっきとして成膜した。その上にレジストを塗布、露光、現像処理してスパイラル状のレジストフレーム及び端子を形成した。この後、電気Ｃｕめっきを析出し、レジスト及び不要な下地めっきを除去した。完成したコイルは、ライン／スペース／高さ＝５０／２０／８０（μｍ）、１４ターンである。次に、フェライト粉末（組成：Ｆｅ２Ｏ３／ＺｎＯ／ＮｉＯ＝４９／２３／２８（ｍｏｌ％））を５０体積％含むエポキシ樹脂ペーストをスクリーン印刷にて、コイル間及びコイル上部に印刷し、硬化させて上部フェライト磁性層を形成した。なお、端子上部は、フェライト粉末含有のエポキシペーストを印刷せずに、空間（コンタクト・ホール）とした。コンタクト・ホールにＡｇぺ一ストを充填し、硬化させて、外部電極を形成した。最後に、外部電極の表面をＮｉ（２μｍ）、Ｃｕ（１μｍ）、Ｓｎ（６μｍ）の順でめっきして、平面磁気素子を完成させた。
（比較例２）
比較例１で得られた平面磁気素子に、外部電極と下部フェライト磁性層を挟み込む形で、メタルキャップを取り付けて、図９に示す平面磁気素子を完成させた。本発明の実施例１及び比較例１，２で製造した平面磁気素子を、小型電源用のプリント基板上にてそれぞれ２００個を自動マウンターを用いてハンダで装着した。そして、プリント基板上の配線パターンと平面磁気素子の位置がずれている個数を数え、不良発生率を求めた。その結果を表１に示す。また、基板と平面磁気素子の接着性を調査した。すなわち、基板から平面磁気素子を引き剥がす時に必要な荷重を求め、単位面積当たりに換算した。その結果も表１に示す。
【００２３】
【表１】
2004014730.tif 000003
【００２４】
表１の結果より、本発明の平面磁気素子は、基板上の配線パターンとの位置合わせが容易であり、基板との接触も確実であることがわかる。また、実施例１、比較例１，２で得られた各２００個の平面磁気素子の端子間の抵抗を測定し、平均値を求めた。その結果も表１に示すが、実施例１の抵抗値は、比較例１，２の値よりも小さい。比較例１，２では、コンタクト・ホールにＡｇペーストを充填する際に気泡が生じ、そのため抵抗値が大きくなったと考えられる。
【００２５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により、他のプリント基板への表面実装が容易な平面磁気素子が提供できる。また、該平面磁気素子の中央には、貫通孔を設けないので、該貫通孔に気泡が残存して外部電極の導通が低下するという問題も解消される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る平面磁気素子を示す横断面図である。
【図２】本発明に係る平面磁気素子をプリント基板に実装した状況を示す横断面図である。
【図３】本発明に係る平面磁気素子を製造する途中のプロセスを説明する図であり、（ａ）は平面の状態、（ｂ）は横断面状態である。
【図４】本発明に係る平面磁気素子を製造する途中のプロセス（図３の後工程）を説明する図であり、（ａ）は平面の状態、（ｂ）は横断面状態である。
【図５】本発明に係る平面磁気素子を製造する途中のプロセス（図４の後工程）を説明する図であり、（ａ）は平面の状態、（ｂ）は横断面状態である。
【図６】本発明に係る平面磁気素子を製造する途中のプロセス（図５の後工程）を説明する図であり、（ａ）は平面の状態、（ｂ）は横断面状態である。
【図７】本発明に係る平面磁気素子を製造する途中のプロセス（図６の後工程）を説明する図であり、（ａ）は平面の状態、（ｂ）は横断面状態である。
【図８】従来の平面磁気素子を示す横断面図である。
【図９】従来の平面磁気素子の別形態を示す横断面図である。
【符号の説明】
１　　外部電極
２１　　下部フェライト磁性層
２２　　上部フェライト磁性層
３　　平面磁気素子
４　　貫通孔
５　　端子
６　　メタルキャップ
７　　コイル・パターン
８　　電気絶縁層
９　　導電体
１０　ハンダ
１１　プリント基板
１２　プリント基板の端子
【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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