(57)【要約】      （修正有）【課題】微小で高精度なコイル素子を提供する。【解決手段】一次側のコイル素子１ａ及び二次側のコイル素子１ｂは、基板１００と、三角柱状の半導体からなるコア部２０ａ、２０ｂと、コア部２０ａ、２０ｂの少なくとも側面を被覆する絶縁膜３０ａ、３０ｂと、絶縁膜３０ａ、３０ｂを介してコア部２０ａ、２０ｂの側面を螺旋状に周回するように設けられた導体パターン４０ａ、４０ｂとを備える。コイル素子１ａの導体パターン４０ａは、その両端が基板１００の上面において引き出され、それぞれ電極５０ａ，５０ｃとなっている。同様に、導体パターン４０ｂは、その両端が基板１００の上面において引き出され、それぞれ電極５０ｂ，５０ｄとなっている。これにより、電極５０ａ，５０ｃに入力された交流信号を、コイル素子１ａ，１ｂのコイルの巻数等に応じて変圧し、電極５０ｂ，５０ｄから出力する微小変圧器を構成できる。【選択図】図１
2013004671.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上面に設けられ、柱状の半導体からなるコア部、前記コア部の側面を被覆する絶縁膜、前記絶縁膜を介して前記コア部の側面を周回するように設けられた導体パターンを備えるコイル部と
を備えることを特徴とするコイル素子。
【請求項２】
前記コア部は、単結晶シリコンからなることを特徴とする請求項１に記載のコイル素子。
【請求項３】
前記基板の上面に前記コイル部を複数備え、前記複数のコイル部の導体パターンが、互いに電気的に接続されることを特徴とする請求項１または２に記載のコイル素子。
【請求項４】
基板と、
前記基板の上面にそれぞれ設けられ、柱状の半導体からなるコア部、前記コア部の側面を被覆する絶縁膜、前記絶縁膜を介して前記コア部の側面を周回するように設けられた導体パターンをそれぞれ備える複数のコイル部とを備え、
前記複数のコイル部が互いに近接して平行に設けられていることを特徴とする微小変圧器。
【請求項５】
前記複数のコイル部の上面に設けられ、大気中よりも磁性率の高い磁性体を含む被覆材を更に備えることを特徴とする請求項４に記載の微小変圧器。
【請求項６】
第１基板と、
前記第１基板の上面に設けられ、角柱状の半導体からなる第１コア部、前記第１コア部の側面を被覆する第１絶縁膜、前記第１絶縁膜を介して前記第１コア部の側面を周回するように設けられた第１導体パターンを備える角柱状の第１コイル部と、
第２基板と、
前記第２基板の上面に設けられ、角柱状の半導体からなる第２コア部、前記第２コア部の側面を被覆する第２絶縁膜、前記第２絶縁膜を介して前記第２コア部の側面を周回するように設けられた第２導体パターンを備える角柱状の第２コイル部と
を備え、
前記第１基板の上面と前記第２基板の上面とが対向し、前記第１コイル部の側面と前記第２コイル部の側面とが近接して配置されることを特徴とする微小変圧器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小で高精度なコイル素子及び微小変圧器に関する。
【背景技術】
【０００２】
インダクタ型変圧器は、コアに巻いた複数のコイルを用いたもの、または、薄膜コイルを平行に積層したものが主流である。このような変圧器は、小型化するとコイルの巻数が減るというようにトレードオフを生じてしまい、微小でなおかつ巻数を向上させることが困難である。
【０００３】
一方、半導体製造技術を発展させた微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）技術により、微小に製造され、巻数を向上したコイル素子が提案されている（特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−０１５３６７号公報
【特許文献２】特開昭５２−０４６７８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、これらのコイル素子は、シリコン酸化膜、ポリイミド等をコイルの軸心として用いるものであり、素子設計に対する再現性に限界があり、断線、動作不良等を生じる可能性がある。
【０００６】
本発明は、上記問題点を鑑み、微小で高精度なコイル素子及び微小変圧器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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の第１の態様は、基板と、前記基板の上面に設けられ、柱状の半導体からなるコア部、前記コア部の側面を被覆する絶縁膜、前記絶縁膜を介して前記コア部の側面を周回するように設けられた導体パターンを備えるコイル部とを備えるコイル素子であることを要旨とする。
【０００８】
また、本発明の第１の態様に係るコイル素子においては、前記コア部は、単結晶シリコンからなる。
【０００９】
また、本発明の第１の態様に係るコイル素子においては、前記基板の上面に前記コイル部を複数備え、前記複数のコイル部の導体パターンが、互いに電気的に接続される。
【００１０】
本発明の第２の態様は、基板と、前記基板の上面にそれぞれ設けられ、柱状の半導体からなるコア部、前記コア部の側面を被覆する絶縁膜、前記絶縁膜を介して前記コア部の側面を周回するように設けられた導体パターンをそれぞれ備える複数のコイル部とを備える微小変圧器であることを要旨とし、前記複数のコイル部が互いに近接して平行に設けられていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の第２の態様に係るコイル素子においては、前記複数のコイル部の上面に設けられ、大気中よりも磁性率の高い磁性体を含む被覆材を更に備えることができる。
【００１２】
本発明の第３の態様は、第１基板と、前記第１基板の上面に設けられ、角柱状の半導体からなる第１コア部、前記第１コア部の側面を被覆する第１絶縁膜、前記第１絶縁膜を介して前記第１コア部の側面を周回するように設けられた第１導体パターンを備える角柱状の第１コイル部と、第２基板と、前記第２基板の上面に設けられ、角柱状の半導体からなる第２コア部、前記第２コア部の側面を被覆する第２絶縁膜、前記第２絶縁膜を介して前記第２コア部の側面を周回するように設けられた第２導体パターンを備える角柱状の第２コイル部とを備える微小変圧器であることを要旨とし、前記第１基板の上面と前記第２基板の上面とが対向し、前記第１コイル部の側面と前記第２コイル部の側面とが近接して配置されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、微小で高精度なコイル素子及び微小変圧器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る微小変圧器の基本的な構成を説明する模式的な斜視図である。
【図２】図２（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る微小変圧器を説明する模式的な平面図である。図２（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係る微小変圧器を説明する模式的な側面図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の第１の実施の形態に係る微小変圧器の製造方法を説明する工程断面図である。
【図４】（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）は、本発明の第１の実施の形態に係る微小変圧器の製造方法を説明する工程断面図である。
【図５】（ｇ）、（ｈ）、（ｉ）は、本発明の第１の実施の形態に係る微小変圧器の製造方法を説明する工程断面図である。
【図６】（ｊ）、（ｋ）、（ｌ）は、本発明の第１の実施の形態に係る微小変圧器の製造方法を説明する工程断面図である。
【図７】（ｍ）、（ｎ）、（ｏ）は、本発明の第１の実施の形態に係る微小変圧器の製造方法を説明する工程断面図である。
【図８】（ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係る微小変圧器を説明する模式的な平面図である。（ｂ）は、本発明の第２の実施の形態に係る微小変圧器を説明する模式的な断面図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態に係る微小変圧器を説明する模式的な断面図であるである。
【図１０】本発明の他の実施の形態に係る微小変圧器を説明する模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、図面を参照して、本発明の第１〜第３の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、断面図と平面寸法の関係、各層の厚みの比率等は、現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１６】
また、以下に示す実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【００１７】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る微小変圧器は、図１及び図２に示すように、一次側のコイル素子１ａ及び二次側のコイル素子１ｂを備える。コイル素子１ａは、基板１００と、三角柱状の半導体からなるコア部２０ａと、コア部２０ａの少なくとも側面を被覆する絶縁膜３０ａと、絶縁膜３０ａを介してコア部２０ａの側面を螺旋状に周回するように設けられた導体パターン４０ａとを備える。コイル素子１ｂは、コイル素子１ａと共有する基板１００と、コイル素子１ａと同様のコア部２０ｂと、絶縁膜３０ｂと、導体パターン４０ｂとを備える。
【００１８】
コア部２０ａ、絶縁膜３０ａ、導体パターン４０ａから構成される三角柱状のコイル部１０ａは、１つの側面が基板１００の上面と一致するように、基板１００の上面に配置されている。同様に、コア部２０ｂ、絶縁膜３０ｂ、導体パターン４０ｂから構成される三角柱状のコイル部１０ｂは、１つの側面が基板１００の上面と一致するように、コイル部１０ａに近接してコイル部１０ａと平行に、基板１００の上面に配置される。コイル部１０ａ，１０ｂの上方に露出した側面は、絶縁層６０が被覆されている。
【００１９】
コイル素子１ａの導体パターン４０ａは、その両端が基板１００の上面において引き出され、それぞれ電極５０ａ，５０ｃとなっている。同様に、導体パターン４０ｂは、その両端が基板１００の上面において引き出され、それぞれ電極５０ｂ，５０ｄとなっている。第１の実施の形態に係る微小変圧器は、例えば、電極５０ａ，５０ｃに入力された交流信号を、コイル素子１ａ，１ｂのコイルの巻数等に応じて変圧し、電極５０ｂ，５０ｄから出力できる。
【００２０】
−コイル素子の製造方法−
図３〜図７を参照して、第１の実施の形態に係る微小変圧器が備えるコイル素子の製造方法の一例を説明する。
【００２１】
先ず、図３（ａ）に示すように、単結晶Ｓｉからなる半導体層２０１、有機材料やシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）等の無機材料からなる絶縁物の薄膜である絶縁層２０２、単結晶Ｓｉ等からなる支持基板２０３が積層された半導体基板を用意する。図３（ｂ）に示すように、半導体基板の両面にフォトレジストを塗布してフォトレジスト膜７１，７２を形成し、上面を露光することにより、図３（ｃ）に示すようにフォトレジスト膜７１をパターン形成する。
【００２２】
次に、図４（ｄ）に示すように、パターン形成されたフォトレジスト膜７１をマスクに、例えば水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）等を用いて、半導体層２０１を異方性エッチングする。半導体層２０１の上面から絶縁層２０２に達するまで、（１００）面から異方性エッチングすることにより、半導体層２０１の側壁が（１１１）面に沿って形成され、半導体層２０１は高精度に三角柱状に形成される。
【００２３】
次に、図４（ｅ）に示すように、フォトレジスト膜７１，７２を除去し、図４（ｆ）に示すように、半導体基板の上面に、絶縁物の薄膜である絶縁層３０１を形成する。
【００２４】
次に、図５（ｇ）に示すように、段差を有して形成された絶縁層３０１の頂部を除去することにより半導体層２０１の上面を露出し、図５（ｈ）に示すように、露出された半導体層２０１の上面と、ＳｉＯ２等からなるガラス基板３０２とを陽極接合する。
【００２５】
次に、図５（ｉ）に示すように、支持基板２０３を除去し、図６（ｊ）に示すように、支持基板２０３が除去された絶縁層２０２の下面と、上面に導体パターン４０１が形成されたガラス等からなる基板１００とを張り合わせる。基板１００は、三角柱状に形成された半導体層２０１の位置と、導体パターン４０１の位置とが、平面視、重畳するように張り合わされる。
【００２６】
次に、図６（ｋ）に示すように、ガラス基板３０２を除去し、図６（ｌ）に示すように、半導体層２０１及び絶縁層３０１の上面に、絶縁物の薄膜である絶縁層３０３を形成する。
【００２７】
次に、図７（ｍ）に示すように、三角柱状に形成された半導体層２０１をコア部２０として、絶縁層３０１，３０３，２０２のそれぞれ一部がコア部２０の側面を被覆する絶縁膜３０を構成するように、絶縁層３０１，３０３，２０２を選択的に除去する。絶縁層３０１，３０３，２０２は、コア部２０が露出せず、導体パターン４０１が露出するように選択的に除去される。そして、露出した導体パターン４０１と接続するように、絶縁膜３０の上方から導体をパターン形成することにより、螺旋状の導体パターン４０が、絶縁膜３０を介してコア部２０の側面に周回するように形成される。以上のように、コイル部１０が、コア部２０、絶縁膜３０、導体パターン４０から構成される。
【００２８】
次に、図７（ｎ）に示すように、コイル部１０を上方から被覆する絶縁層６０を形成する。更に、図７（ｏ）に示すように、絶縁層６０を選択的に除去して、電極５０を露出させることにより、複数のコイル素子が完成する。
【００２９】
第１の実施の形態に係る微小変圧器が備えるコイル素子によれば、単結晶Ｓｉを異方性エッチングすることにより高精度に形成され、断線、動作不良等の可能性を低減させることができる。また、ＭＥＭＳ技術により立体形状のコイルパターンを微小に製造可能であり、一括して大量生産が容易である。また、フォトリソ技術によって立体的に配線パターンを形成するため、露光精度に依存した高密度配線パターンを実現でき、コイルの巻数を向上できる。
【００３０】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る微小変圧器は、図８に示すように、コイル素子１ｅ，１ｇが、複数本のコイル部１０ｅ，１０ｆ，１０ｇ，１０ｈにより構成されている点で、第１の実施の形態と異なる。複数本のコイル部１０ｅ，１０ｆ，１０ｇ，１０ｈは、基板１００の上面に、それぞれ互いに近接して、互いに平行に設けられている。第２の実施の形態において説明しない他の構成は、第１の実施の形態と実質的に同様であるので重複する説明を省略する。
【００３１】
第２の実施の形態に係る微小変圧器が備えるコイル素子１ｅは、２本のコイル部１０ｅ，１０ｆを備える。コイル部１０ｅの導体パターン４０ｅは、一端が電極５０ｅとなっており、他端が中継パターン２１に接続される。コイル部１０ｆの導体パターン４０ｆは、一端が電極５０ｆとなっており、他端が中継パターン２１に接続される。中継パターン２１は、導体からなり、導体パターン４０ｅの一端と導体パターン４０ｆの一端とを互いに電気的に接続する。
【００３２】
同様に、コイル素子１ｇは、２本のコイル部１０ｇ，１０ｈを備える。コイル部１０ｇの導体パターン４０ｇは、一端が電極５０ｇとなっており、他端が中継パターン２２に接続される。コイル部１０ｈの導体パターン４０ｈは、一端が電極５０ｈとなっており、他端が中継パターン２２に接続される。中継パターン２２は、導体からなり、導体パターン４０ｇの一端と導体パターン４０ｈの一端とを互いに電気的に接続する。
【００３３】
第２の実施の形態に係る微小変圧器は、電極５０ｅ，５０ｆに入力された交流信号を、コイル部１０ｅ，１０ｆ，１０ｇ，１０ｈのコイルの巻数等に応じて変圧し、電極５０ｇ，５０ｈから出力できる。
【００３４】
第２の実施の形態に係る微小変圧器が備えるコイル素子によれば、単結晶Ｓｉを異方性エッチングすることにより高精度に形成され、断線、動作不良等の可能性を低減させることができる。また、ＭＥＭＳ技術により立体形状のコイルパターンを微小に製造可能であり、大量生産が容易である。
【００３５】
第２の実施の形態に係る微小変圧器が備えるコイル素子によれば、単結晶Ｓｉを異方性エッチングすることにより高精度に形成され、断線、動作不良等の可能性を低減させることができる。また、ＭＥＭＳ技術により立体形状のコイルパターンを微小に製造可能であり、一括して大量生産が容易である。また、フォトリソ技術によって立体的に配線パターンを形成するため、露光精度に依存した高密度配線パターンを実現でき、コイルの巻数を向上できる。
【００３６】
また、第２の実施の形態に係る微小変圧器が備えるコイル素子によれば、複数本のコイル部から構成されることにより、コイル長を長くし、インダクタンスを増大させることができる。
【００３７】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態に係る微小変圧器は、図９に示すように、コイル素子１Ａの基板１００Ａの上面と、コイル素子１Ｂの基板１００Ｂの上面とが、互いに対向するように配置される点で第１の実施の形態と異なる。第３の実施の形態において説明しない他の構成は、第１の実施の形態と実質的に同様であるので重複する説明を省略する。
【００３８】
第３の実施の基体に係る微小変圧器は、それぞれ上面が互いに対向するように配置されたコイル素子１Ａと、コイル素子１Ｂとを備える。コイル素子１Ａは、基板１００Ａと、基板１００Ａの上面に設けられた三角柱状のコイル部１０Ａとを備える。同様に、コイル素子１Ｂは、基板１００Ｂと、基板１００Ｂの上面に設けられた三角柱状のコイル部１０Ｂとを備える。
【００３９】
コイル素子１Ａのコイル部１０Ａの側面と、コイル素子１Ｂのコイル部１０Ｂの側面とは、図９に示すように、絶縁層６０Ａ，６０Ｂ、接着層８０を介して互いに平行に対向して設けられる。コイル素子１Ａとコイル素子１Ｂとの間は、接着層８０により接合されている。
【００４０】
第３の実施の形態に係る微小変圧器が備えるコイル素子によれば、単結晶Ｓｉを異方性エッチングすることにより高精度に形成され、断線、動作不良等の可能性を低減させることができる。また、ＭＥＭＳ技術により立体形状のコイルパターンを微小に製造可能であり、一括して大量生産が容易である。また、フォトリソ技術によって立体的に配線パターンを形成するため、露光精度に依存した高密度配線パターンを実現でき、コイルの巻数を向上できる。
【００４１】
また、第３の実施の形態に係る微小変圧器によれば、複数のコイル部が、基板の上面に設けられるため、上下方向から互いに近接して配置可能であり、磁界の漏れを低減でき、変圧器の効率を向上できる。
【００４２】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は第１〜第３の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００４３】
既に述べた第１及び第２の実施の形態においては、図１０に示すように、複数のコイル部１０ａ，１０ｂの上方から、大気中よりも磁性率の高い磁性体を含む被覆材９０を設けることにより、磁界の漏れを低減でき、変圧器の効率を向上できる。複数のコイル部１０ａ，１０ｂの上面に設けられた被覆材９０は、有機材料であっても無機材料であっても良い。
【００４４】
また、既に述べた第１〜第３の実施の形態においては、コイル部１０の断面形状は、三角柱状に限るものでなく、四角柱形状等の他の形状であっても良い。
【００４５】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００４６】
１…コイル素子
１０…コイル部
２０…コア部
２１，２２…中継パターン
３０…絶縁膜
４０…導体パターン
５０…電極
６０…絶縁層
７１，７２…フォトレジスト膜
８０…接着層
９０…被覆材
１００…基板
２０１…半導体層
２０２，３０１，３０３…絶縁層
２０３…支持基板
３０２…ガラス基板
４０１…導体パターン
【図１】
2013004671.tif 000003
【図２】
2013004671.tif 000004
【図３】
2013004671.tif 000005
【図４】
2013004671.tif 000006
【図５】
2013004671.tif 000007
【図６】
2013004671.tif 000008
【図７】
2013004671.tif 000009
【図８】
2013004671.tif 000010
【図９】
2013004671.tif 000011
【図１０】
2013004671.tif 000012