(57)【要約】【課題】  十分に高いインダクタンスを維持することが可能であり、十分に小型化及び高集積化されたインダクタを提供すること。【解決手段】  厚さＴが１０μｍ以上２００μｍ未満のフェライト基板１１と、フェライト基板１１の一面側に設けられ、コイルパターンを形成している導電体層１５と、導電体層１５を挟んでフェライト基板１１と対向配置された非晶質金属磁性体からなる上部磁性層１２と、導電体層１５と上部磁性層１２とが絶縁されるようにこれらの間に介在する絶縁層２０と、を備えるインダクタ１。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さ１０μｍ以上２００μｍ未満のフェライト基板と、
該フェライト基板の一面側に設けられ、コイルパターンを形成している導電体層と、
該導電体層を挟んで前記フェライト基板と対向配置された非晶質金属磁性体からなる上部磁性層と、
前記導電体層と前記上部磁性層とが絶縁されるようにこれらの間に介在する絶縁層と、
を備えるインダクタ。
【請求項２】
前記フェライト基板と前記導電体層との間に設けられた非晶質金属磁性体からなる下部磁性層を更に備え、
前記絶縁層が、前記導電体層と前記上部磁性層及び前記下部磁性層とが絶縁されるようにこれらの間に介在する、請求項１記載のインダクタ。
【請求項３】
前記非晶質金属磁性体がＣｏＺｒＴａ系合金を含む、請求項１又は２記載のインダクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はインダクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器、通信機器等の小型化、薄型化にともなって、これらに搭載されるインダクタの小型化について検討されている。例えば、磁性基板上に導電体コイルが形成された薄膜インダクタ（特許文献１）や、シリコン基板上に非晶質金属磁性体薄膜及び導電体コイルを形成したインダクタ（特許文献２）が知られている。
【特許文献１】特開平５−６７５２６号公報
【特許文献２】特許第３３８２２１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、導電体コイル及び磁性層を備える従来のインダクタは、インダクタンスを高く維持するために磁性層の厚さをある程度厚くする必要があった。このため、従来のインダクタは半導体素子等の他の素子と比較して体積が大きく、近年の更なる小型化、高集積化の要求を必ずしも十分に満たすものではなかった。特に、例えば１ＭＨｚ以上のような高周波帯域においてインダクタンスを十分に高く維持しながら、インダクタの更なる小型化、高集積化、高性能化を図ることは困難であった。
【０００４】
そこで、本発明は、十分に高いインダクタンスを維持することが可能であり、十分に小型化、高集積化、高性能化されたインダクタ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】
【０００５】
上述のように、従来、導電体コイル及び磁性層を備えるインダクタのインダクタンスを高く維持するためには、磁性層の厚さはある程度厚くする必要があると考えられていた。これに対して、本発明者らは、磁性層としてのフェライト基板の厚さに着目し、これとインダクタンスとの関係について詳細に検討したところ、特定の積層構成を有するインダクタの場合には、フェライト基板の厚さを従来よりも薄くしたときであっても十分に高いインダクタンスを維持可能であることを見出し、この知見を基に更なる検討を行った結果、本発明の完成に至った。
【０００６】
すなわち、本発明のインダクタは、厚さ１０μｍ以上２００μｍ未満のフェライト基板と、該フェライト基板の一面側に設けられ、コイルパターンを形成している導電体層と、該導電体層を挟んでフェライト基板と対向配置された非晶質金属磁性体からなる上部磁性層と、導電体層と上部磁性層とが絶縁されるようにこれらの間に介在する絶縁層と、を備える。
【０００７】
上記本発明のインダクタは、フェライト基板及び非晶質金属磁性体の層を組み合わせて磁性層として用いるとともに、フェライト基板の厚さを上記特定範囲とすることによって、十分に高いインダクタンスを維持可能であるとともに、十分に小型化及び高集積化されたものとなった。
【０００８】
本発明のインダクタは、フェライト基板と導電体層との間に設けられた非晶質金属磁性体からなる下部磁性膜を更に備え、絶縁層が、導電体層と上部磁性層及び下部磁性層とが絶縁されるようにこれらの間に介在することが好ましい。これにより、インダクタンスを更に高めることができる。
【０００９】
また、非晶質金属磁性体はＣｏＺｒＴａ系合金を含むことが好ましい。これにより、インダクタンスを更に高めることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、十分に高いインダクタンスを維持することが可能であり、十分に小型化及び高集積化されたインダクタが提供される。また、磁性層等に用いる材料の量が最小限に抑えられ、製造工程に要する時間も短縮されるため、低コスト化の点でも有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００１２】
図１は、本発明に係るインダクタの第一実施形態を示す平面図であり、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った概略断面図である。図１、２に示すインダクタ１は、フェライト基板１１と、フェライト基板１１の一面上にフェライト基板１１と接して設けられた導電体層１５と、導電体層１５を挟んでフェライト基板１と対向配置された上部磁性層１２と、導電体層１５と上部磁性層１２とが絶縁されるようにこれらの間に介在する絶縁層２０とから構成されている。図１はインダクタ１を上部磁性層１２側から見た図である。
【００１３】
フェライト基板１１は、フェライトを主成分として構成された基板である。フェライト基板１１は、インダクタンスを高めるための磁性層として機能するとともに、インダクタ１全体を支持する基板として機能することを主な目的として設けられている。フェライトとしてはスピネル系と六方晶系があるが、フェライトの高い透磁率を利用するという観点からは、六方晶系よりスピネル系のほうが有利である。スピネル系のフェライトは、ＮｉＺｎＣｕフェライト等のＮｉ−Ｚｎフェライトや、Ｍｎ−Ｚｎフェライトが代表的である。これらのうち、Ｎｉ−Ｚｎフェライトのほうが、その強度（約１６ｋｇｆ／ｍｍ３）がＭｎ−Ｚｎフェライトの強度（約１２ｋｇｆ／ｍｍ３）より強い点、及び絶縁性に優れる（ρ＞１０６Ωｃｍ）点から、フェライト基板１１の材料としてより適している。Ｎｉ−Ｚｎフェライトの比透磁率は、通常５００〜６００程度であるが、高強度化のために、ＮｉＣｕＺｎフェライトのＦｅ量低減や、Ｂｉ、タルク、Ｐｂの添加等の組成制御を施した場合は、２００〜３００程度となる。なお、Ｍｎ−Ｚｎフェライトを使用する場合には、機械的強度の不足を補える程度に、厚さを大きくすることが好ましい。
【００１４】
フェライト基板１１の厚さＴは、１０μｍ以上２００μｍ未満である。厚さＴを２００μｍ以上としても、２００μｍ未満の場合と比較してインダクタンスが大きく向上することはない一方で、インダクタ全体の体積に占めるフェライト基板１１の比率が高くなって、インダクタンスの体積が著しく増加する。その結果、インダクタの小型化及び高集積化が十分でなくなり、電子機器、通信機器等の小型化にともなってこれらにインダクタを搭載することが著しく困難となる。また、厚さＴが２００μｍ以上であると、フェライト基板の組成のバラツキの影響を受け易くなる。例えば、フェライト基板は本来は電気抵抗率が高いが、製造上のバラツキによりフェライト基板の組成が変動してＦｅ２＋イオンの含有量が多くなると、フェライト基板の電気抵抗率が相対的に低くなり、特に高周波帯域においては、フェライト基板に発生する渦電流の表皮厚さが増大する。そのような場合、厚さＴが２００μｍ以上であると、損失が増大したり、インダクタンスが低下したりする等の問題が生じる。更には、厚さＴが２００以上であると、フェライト中の粒界や不純物等に起因する、コアロスと呼ばれる損失も大きくなり、特に高周波ではこれが問題となる。
【００１５】
一方、厚さＴが１０μｍ未満であると、基板としての機械強度が不足してインダクタンスの破損等を招き易くなり、また、十分に高いインダクタンスが得られなくなる場合がある。
【００１６】
厚さＴは、１００μｍ以下であることがより好ましい。また、厚さＴは、３０μｍ以上であることが好ましく、５０μｍ以上であることがより好ましい。なお、フェライト基板の厚さが場所によって異なる場合、フェライト基板の厚さの最大値が１０μｍ以上２００μｍ未満であればよい。
【００１７】
フェライト基板１１の比透磁率は１００以上であることが好ましく、２００以上であることがより好ましい。比透磁率が２００以上のフェライト基板を用いることにより、厚さＴを薄くしたときのインダクタンスが更に顕著に向上する。フェライト基板１１の比透磁率は高いほどよいが、通常その上限は２０００程度である。
【００１８】
フェライト基板１１の表面は鏡面研磨されていることが好ましい。あるいは、ポリイミドのような樹脂、又は、市販のゾルゲルコーティング剤を用いて、フェライト基板１１上に鏡面と同等の表面を有する層を形成されていてもよい。
【００１９】
導電体層１５は、フェライト基板１１と接するように設けられており、端子１５Ｔ１及び１５Ｔ２が外部へ導出されるように巻回されたスパイラル状のコイルパターンを形成している。なお、図２では、簡略化のため、導電体層１５のうちの端子１６Ｔ２の通じる部分の図示を省略している。当該部分は、導電体層１５の巻回部分と接触せずに外部に導出されるように形成されている。
【００２０】
導電体層１５はＣｕ等の導電体から構成される。導電体層１５が形成しているコイルパターンの形状、幅、間隔、ターン数等は、要求特性等に応じて適宜設定される。導電体層１５の厚さは、典型的には５〜１００μｍ程度である。導電体層の断面形状は、本実施形態のように矩形状である必要は必ずしもなく、例えば、台形状や、六角形等の多角形状であってもよい。更なるインダクタンス向上のためには、フェライト基板の厚さＴを、導電体層１５の厚さよりも大きくすることが好ましい。
【００２１】
上部磁性層１２は、非晶質金属磁性体から構成される。この上部磁性層１２及びフェライト基板１１が導電体層１５を間に挟んで対向配置されていることにより、高周波数においても高いインダクタンスを発現させることが可能となる。上部磁性層１２の厚さは、１〜１０μｍであることが好ましく、３〜５μｍでることがより好ましい。上部磁性層の厚さをこれら特定範囲とすることにより、インダクタンス向上の効果がより顕著に発現される。更に、上部磁性層１２の厚さを１０μｍ以下とすることにより、極めて高価である非晶質金属磁性体の使用量を制限することができるとともに、磁性層を形成させる工程に要する時間も短縮される。
【００２２】
一般に、非晶質金属磁性体は高周波数においても高い比透磁率を維持することが可能であり、これにより、非晶質金属磁性体を用いたときに上述のような効果が奏される。非晶質金属磁性体としては、ＣｏＺｒＴａ系合金、ＣｏＺｒＮｂ系合金、ＣｏＦｅＳｉＢ系合金等のＣｏ系非晶質合金や、パーマロイ等が挙げられる。これらの中でも、磁歪定数が１０−６未満とゼロに近く、高透磁率が得られるため、ＣｏＺｒＮｂ系合金又はＣｏＺｒＴａ系合金が好ましい。更には、インダクタの直流重畳特性を考慮すると、飽和磁化が大きいＣｏＺｒＴａ系合金が特に好ましい。
【００２３】
非晶質金属磁性体は導電性を有するため、上部磁性層１２と導電体層１５とが電気的に絶縁されるように、絶縁材料で形成された絶縁層２０が設けられている。絶縁材料としては、酸化ケイ素、酸化アルミニウム等の無機材料や、感光性樹脂、熱可塑性樹脂等の有機材料を用いることができる。絶縁層２０は必ずしも単層である必要は無く、例えば、感光性樹脂層及び酸化ケイ素層を有する多層構造であってもよい。
【００２４】
第一実施形態に係るインダクタ１は、例えば、厚さが１０μｍ以上２００μｍ未満のフェライト基板１１上に導電体層１５をコイルパターンが形成されるように形成する工程と、導電体層１５を覆うように絶縁層２０を形成する工程と、絶縁層２０のフェライト基板１１と反対側の面上に非晶質金属磁性体からなる上部磁性層１２を形成する工程と、を備える製造方法によって得ることができる。
【００２５】
所定の厚さ、所定の比透磁率を有するフェライト基板は、従来公知の方法により得ることが可能である。一般的には、セラミックス焼成方法による焼結体から所定の形状、厚さに切り出されたものをフェライト基板として使用する。ただし、これに代えて、シート焼成品、ホットプレス焼成品などを使用することもできる。また、フェライト基板は商業的にも入手可能である。
【００２６】
導電体層１５のコイルパターンは、フォトリソグラフィーを利用した方法等によって好適に形成させることができる。具体的には、例えば、フェライト基板１１上にスパッタ法等の薄膜プロセスにより導電体からなるシード層を形成させ、これの所定部分が露出するようにコイルパターンに対応するフォトレジストパターンを形成し、露出しているシード層上にＣｕ等の導電体からなる層をめっき法によって形成してからフォトレジストパターンを除去し、露出したシード層をエッチングにより除去する方法で、導電体層１５を形成させることができる。この方法においては、フェライト基板１１とシード層との間にスパッタ法等によりＴｉ層等の密着層を形成させてもよい。
【００２７】
絶縁層２０を感光性樹脂を用いて形成させる場合、フェライト基板１１及び導電体層１５を覆うようにスピンコート法等によって感光性樹脂を塗布し、露光及び必要により加熱して感光性樹脂を硬化させることにより、絶縁層２０を形成させることができる。また、酸化ケイ素等の無機材料を用いる場合、スパッタ法等により絶縁層２０を形成させることができる。
【００２８】
上部磁性層１２は、絶縁層２０上にスパッタ法等により形成させることができる。
【００２９】
図３は、本発明に係るインダクタの第二実施形態を示す概略断面図である。図３に示すインダクタ１は、フェライト基板１１と、フェライト基板１１の一面側に設けられた導電体層１５と、導電体層１５を挟んでフェライト基板１１と対向配置された上部磁性層１２と、フェライト基板１１と導電体層１５との間に設けられた非晶質金属磁性体からなる下部磁性層１３と、導電体層１５と上部磁性層１２及び下部磁性層１３とが絶縁されるようにこれらの間に介在する絶縁層２０とから構成されている。
【００３０】
フェライト基板１１、導電体層１５、上部磁性層１２及び絶縁層２０は、第一実施形態に係るインダクタ１と同様のものである。更なるインダクタンス向上のためには、フェライト基板の厚さＴを、導電体層１５とフェライト基板１１との間の最短距離、又は導電体層１５の厚さよりも大きくすることが好ましい。
【００３１】
下部磁性層１３は上部磁性層１２と同様の材料から構成されており、フェライト基板１１の導電体層１５側の面に接して設けられている。その厚さは、上部磁性層１２と同様に、１〜１０μｍであることが好ましく、３〜５μｍであることがより好ましい。
【００３２】
下部磁性層１３が設けられていることによって、インダクタンス向上の効果がより一層高まる。また、第二実施形態に係るインダクタ１は、第一実施形態に係るインダクタ１と比較して、十分に高いインダクタンスを維持しながら、インダクタを構成する非晶質金属磁性体からなる磁性層の厚さ（第二実施形態の場合には上部磁性層１２と下部磁性層１３の合計の厚さ）をより薄くすることができる点でも有利である。これにより、磁性層を形成する工程に要する時間が短縮されるため、インダクタの更なる低コスト化を図ることも可能になる。
【００３３】
第二実施形態に係るインダクタ１は、例えば、厚さが１０μｍ以上２００μｍ未満のフェライト基板１１上に下部磁性層１３を形成する工程と、下部磁性層１３上に絶縁層２０の一部（下部絶縁層）を下部磁性層１３を覆うように形成する工程と、下部絶縁層上に導電体層１５をコイルパターンが形成されるように形成する工程と、導電体層１５を覆うように絶縁層２０の残部（上部絶縁層）を形成する工程と、絶縁層２０のフェライト基板１１と反対側の面上に非晶質金属磁性体からなる上部磁性層１２を形成する工程と、を備える製造方法によって得ることができる。各工程の詳細は第一実施形態に係るインダクタ１の製造方法の場合と同様である。
【実施例】
【００３４】
以下、実施例を挙げて本発明についてより具体的に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００３５】
（実施例１）
比透磁率μが２００又は６００であって、種々の厚さを有するフェライト基板を用いて、上記第一実施形態と同様の積層構成を有するインダクタを作製した。フェライト基板としては、高強度のＮｉＺｎＣｕフェライト焼結体をスライス後、鏡面研磨したものを用いた。
【００３６】
まず、フェライト基板の鏡面研磨をした面上に、Ｔｉからなる密着層（厚さ５０ｎｍ）、及びＣｕからなるシード層（厚さ２５０ｎｍ）をこの順でスパッタリング法により成膜した。次いで、ポジ型レジストを用いたフォトリソグラフィによってコイルパターンの形状に対応するレジストパターンを形成した後、硫酸銅めっき浴でコイルパターン（コイル高さ１０μｍ、コイル幅５００μｍ、コイル間隔２０μｍ、４ターン）を有するＣｕめっき層を形成した。レジストパターンを剥離後、Ｃｕめっき層で覆われていない部分の密着層及びシード層をイオンミリングにより除去して、コイルパターンを形成している導電体層を形成した。その後、導電体層を覆うように、スパッタ法により絶縁層の一部としてのＳｉＯ２層（厚さ１μｍ）を形成し、更に、感光性ポリイミドを用いてコイル間を埋める絶縁層を形成した。なお、ＳｉＯ２層は、ポリイミド層への銅の拡散を防ぐために設けられた層である。絶縁層上に上部磁性層としてＣｏＺｒＴａ系合金の膜（厚さ５μｍ）をＤＣスパッタ法により成膜した後、３３０℃で１時間、３ｋＯｅの回転磁場中で熱処理することにより、上部磁性層の１ＭＨｚの比透磁率が３５００になるようにした。
【００３７】
作製したインダクタについてインダクタンスを測定した。図４は、インダクタンスとフェライト基板の厚さとの関係を示すグラフである。図４には、比較のため、上部磁性層を形成させなかった場合のインダクタンスと、導電体層単独でのインダクタンス（Ａｉｒ−Ｃｏｒｅ）を併せて示す。
【００３８】
（実施例２）
上記第二実施形態と同様の積層構成とし、下部磁性層を比透磁率μが３５００であるＣｏＺｒＴａ系合金の膜（厚さ５μｍ）とした他は実施例１と同様のインダクタを作製し、そのインダクタンスを測定した。図５は、インダクタンスとフェライト基板の厚さとの関係を示すグラフである。図５には、比較のため、上部磁性層を形成させなかった場合のインダクタンスと、導電体層単独でのインダクタンス（Ａｉｒ−Ｃｏｒｅ）を併せて示す。
【００３９】
（比較例）
上部磁性層をフェライトで形成させた他は実施例１と同様の積層構成を有するインダクタを作製し、そのインダクタンスを測定した。図６は、インダクタンスとフェライト基板の厚さとの関係を示すグラフである。図６には、比較のため、導電体層単独でのインダクタンス（Ａｉｒ−Ｃｏｒｅ）を併せて示す。
【００４０】
図１、２に示すように、非晶質金属磁性体からなる上部磁性層を備えた実施例１、２のインダクタは、フェライト基板の厚さが２００μｍ未満であっても、十分に高いインダクタンスを維持可能であることが確認された。また、フェライト基板の比透磁率を高めることでインダクタンスがより一層高められることも確認された。また、直流重畳特性に関しても、このような構成とすることによって向上した。
【００４１】
本発明と同様の構成を有する薄膜型磁気素子は、トランス、センサーなどのインダクタ以外の薄膜型磁気素子に適用しても、同様の電気的、磁気的な特性向上と小型化を達成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係るインダクタの第一実施形態を示す平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った概略断面図である。
【図３】本発明に係るインダクタの第二実施形態を示す概略断面図である。
【図４】実施例のインダクタンスについてのインダクタンスとフェライト基板の厚さとの関係を示すグラフである。
【図５】実施例のインダクタンスについてのインダクタンスとフェライト基板の厚さとの関係を示すグラフである。
【図６】比較例のインダクタンスについてのインダクタンスとフェライト基板の厚さとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４３】
１…インダクタ、１１…フェライト基板、１２…上部磁性層、１３…下部磁性層、１５…導電体層、２０…絶縁層、Ｔ…フェライト基板の厚さ。
【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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