CN101071677B

CN101071677B - 薄膜器件

Info

Publication number: CN101071677B
Application number: CN2007100921406A
Authority: CN
Inventors: 藤原俊康; 崔京九
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2006-03-31
Filing date: 2007-04-02
Publication date: 2011-06-08
Anticipated expiration: 2027-04-02
Also published as: JP4706927B2; JP2007273804A; US20070230049A1; CN101071677A

Abstract

本发明提供一种在具有缠绕于磁性膜上的薄膜线圈时能够提高Q值的薄膜器件。在缠绕于磁性膜(13)上的薄膜线圈(14)上，由下部磁性膜(12)以及上部磁性膜(13)夹持的下部线圈部分(14A)的厚度TA比没有被下部磁性膜(12)以及上部磁性膜(13)夹持的上部线圈部分(14B)的厚度TB大(厚度比TB/TA＜1)。与下部线圈部分(14A)的厚度TA为上部线圈部分(14B)的厚度TB以下的情况(厚度比TB/TA≥1)相比，在下部磁性膜(12)以及上部磁性膜(13)之间，交链下部线圈部分(14A)的过渡磁通的量减少。

Description

薄膜器件

技术领域

本发明涉及具有缠绕在磁性膜上的薄膜线圈的薄膜器件。

背景技术

近年来，在各种用途的电子设备领域中，广泛使用了具有薄膜线圈的薄膜器件。作为这样的薄膜器件的一例，可举出具有电感的电路元件，即薄膜电感器。

作为安装在薄膜器件上的薄膜线圈的形状，按照小型化(器件面积的缩小化)以及厚度薄(器件厚度的薄型化)的要求，而采用了螺旋型，但是，在不仅要求小型化以及厚度薄、同时也要求提高性能的用途中，采用了螺线管型(例如，参照专利文献1。)。在具有该螺线管型薄膜线圈的薄膜器件中，在薄膜磁性体(磁芯)的周围，励磁导体配置为螺线管状，与具有螺旋型的薄膜线圈的情况相比，能够提高电感。

专利文献1 特开平05-029146号公报

作为该螺线管型的薄膜线圈，公知是具有分割为多个部分的结构的薄膜线圈(例如，参照专利文献2。)。该薄膜线圈是对形成在磁性绝缘衬底的一面以及另一面上的第一以及第二线圈导体和形成在贯通该磁性绝缘衬底的贯通孔上的连接导体进行连接而成的。为了使直流电阻平均化，第一以及第二线圈导体的厚度彼此相等。

专利文献2 特开2004-296816号公报

在具有螺线管型的薄膜线圈的现有薄膜器件中，在小型化以及厚度薄的观点上满足了要求，另一方面，在高频用途上还不能说充分满足提高性能的要求。为了实现该高频用途的薄膜器件的性能提高，必须提高作为线圈的重要特性的Q值。所谓该Q值是定量表示安装在谐振电路中的线圈性能的指标，一般地，以Q＝ωL/R(ω、L以及R分别表示测定频率的角速度、电感以及电阻)的定义式进行表示。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而进行的，其目的在于提供一种在具有缠绕于磁性膜上的薄膜线圈的情况下能够提高Q值的薄膜器件。

本发明的薄膜器件具有相互对置配置的第一磁性膜以及第二磁性膜、和缠绕在第二磁性膜上的薄膜线圈，薄膜线圈包括：配置在所述第一以及第二磁性膜之间的多个第一线圈部分；隔着所述第二磁性膜配置在所述第一线圈部分的相反侧的多个第二线圈部分；以及将所述第一以及第二线圈部分串联连接起来的多个第三线圈部分，第一线圈部分的厚度比第二线圈部分的厚度大。

在该薄膜器件中，在缠绕于第二磁性膜上的薄膜线圈中，夹持于第一以及第二磁性膜的第一线圈部分的厚度比未夹持于第一以及第二磁性膜的第二线圈部分的厚度大，故与第一线圈部分的厚度小于等于第二线圈部分的厚度的情况相比，在第一以及第二磁性膜之间，交链第一线圈部分的过渡磁通(渡り磁束)的量减少。

在本发明的薄膜器件中，优选多个第二线圈部分配置成与多个第一线圈部分的一端或者另一端重叠，第三线圈部分配置在第一和第二线圈部分相互重叠的位置上。特别是，优选第二线圈部分的厚度TB与第一线圈部分的厚度TA之比TB/TA在0.1＜TB/TA＜1的范围内。

根据本发明的薄膜器件，在缠绕于第二磁性膜上的薄膜线圈中，第一线圈部分的厚度比第二线圈部分的厚度大，所以，与第一线圈部分的厚度小于等于第二线圈部分的厚度的情况相比，能够提高Q值。此时，例如，如果第二线圈部分的厚度TB与第一线圈部分的厚度TA之比TB/TA在0.1＜TB/TA＜1的范围内，则能够抑制薄膜线圈的直流电阻增大，并能够得到充分的Q值。

附图说明

图1是表示作为本发明第一实施方式的薄膜器件的一个应用例的、薄膜电感器的平面结构的平面图。

图2是表示沿着图1所示II-II线的薄膜电感器的剖面结构的剖面图。

图3是表示沿着图1所示III-III线的薄膜电感器的剖面结构的剖面图。

图4是表示沿着图1所示IV-IV线的薄膜电感器的剖面结构的剖面图。

图5是表示第一比较例的薄膜电感器的剖面结构的剖面图。

图6是表示第二比较例的薄膜电感器的剖面结构的剖面图。

图7是表示本发明的薄膜电感器结构的变形例的剖面图。

图8是表示本发明的薄膜电感器结构的另一变形例的剖面图。

图9是表示电感Ldc的厚度比TB/TA依赖性的图。

图10是表示电感L1M的厚度比TB/TA依赖性的图。

图11是表示电阻Rdc的厚度比TB/TA依赖性的图。

图12是表示电阻R1M的厚度比TB/TA依赖性的图。

图13是表示Q值Q1M的厚度比TB/TA依赖性的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。

图1～图4示出了作为本发明第一实施方式的薄膜器件的一个应用例的薄膜电感器10的结构，图1是平面结构，图2～图4分别表示了剖面结构。此处，图2～图4分别表示沿图1所示的II-II线、III-III线以及IV-IV线的剖面。并且，在以下的说明中，接近衬底11的一侧称为“下”，远离衬底11的一侧称为“上”。

如图1～图4所示，该薄膜电感器10具有在衬底11上层叠了下部磁性膜12、被绝缘膜15埋设的上部磁性膜13以及薄膜线圈14。下部磁性膜12以及上部磁性膜13彼此对置配置，薄膜线圈14具有缠绕在上部磁性膜13的螺线管结构。

衬底11支撑下部磁性膜12、上部磁性膜13以及薄膜线圈14，例如，由玻璃、硅(Si)、氧化铝(Al₂O₃)、陶瓷、铁氧体、半导体或者树脂等构成。并且，衬底11的构成材料并不限于如上所述的一系列材料，也可以由其他材料构成。

下部磁性膜12以及上部磁性膜13分别是用于提高薄膜电感器的第一以及第二磁性膜，例如，由钴(Co)系合金、铁(Fe)系合金或者镍铁合金(NiFe)等导电磁性材料构成。作为该钴系合金，例如，可举出钴锆钽(CoZrTa)系合金或者钴锆铌(CoZrNb)系合金等。

薄膜线圈14是在一端(端子14T1)与另一端(端子14T2)之间构成电感器的线圈，例如，由铜(Cu)等导电材料构成。并且，在图1～图4中，示出了例如薄膜线圈14的匝数＝4匝的情况，但是，该匝数可以任意设定。

该薄膜线圈14是多个长方形的下部线圈部分14A以及上部线圈部分14B、多个柱状的中间线圈部分14C串联连接的线圈。下部线圈部分14A是配置在下部磁性膜12和上部磁性膜13之间的阶层(下阶层)的第一线圈部分。上部线圈部分14B是隔着上部磁性膜13并配置在下部线圈14A相反侧的阶层(上阶层)的第二线圈部分，并配置成与下部线圈部分14A的一端或者另一端重叠。这些下部线圈部分14A以及上部线圈部分14B例如具有矩形的剖面形状，并具有彼此相等的宽度W。中间线圈部分14C是配置在下阶层和上阶层之间的阶层的第三线圈部分，并位于下部线圈部分14A和上部线圈部分14B彼此重叠之处。

下部线圈部分14A的厚度TA比上部线圈部分14B的厚度TB大。即，厚度TB与厚度TA之比(厚度比)TB/TA在TB/TA＜1的范围内。该厚度比TB/TA可任意设定。特别是，从抑制薄膜线圈14的直流电阻增大的观点看，优选在0.1＜TB/TA＜1的范围。

绝缘膜15使薄膜线圈14与下部磁性膜12以及上部磁性膜13电分离，例如，由氧化硅(SiO₂)等绝缘非磁性材料或、聚酰亚胺或者抗蚀剂等绝缘性树脂材料构成。该绝缘膜15包括：例如设置在下部磁性膜12上的下部绝缘膜15A、以埋设下部线圈部分14A的方式设置在该下部绝缘膜15A上的下部线圈绝缘膜15B、以埋设上部磁性膜13的方式设置在该下部线圈绝缘膜15B上的上部绝缘膜15C、以埋设上部线圈部分14B的方式设置在该上部绝缘膜15C上的上部线圈绝缘膜15D。在这些下部线圈绝缘膜15B以及上部绝缘膜15C上，在每个下部线圈部分14A以及上部线圈部分14B彼此重叠的位置上设置了接触孔15H，在各接触孔15H中埋入了中间线圈部分14C。并且，一系列的绝缘膜15A～15D的构成材料并不一定相同，可分别进行设定。

在作为本实施方式的薄膜器件的薄膜电感器10中，在缠绕于上部磁性膜13上的螺线管型的薄膜线圈14上，由下部磁性膜12以及上部磁性膜13夹持的下部线圈部分14A的厚度TA比没有被下部磁性膜12以及上部磁性膜13夹持的上部线圈部分14B的厚度TB大，(TB/TA＜1)所以，由于以下的理由，能够提高Q值。

图5以及图6分别示出了第一以及第二比较例的薄膜电感器100、200的结构，均表示对应于图2的剖面结构。这些薄膜电感器100、200除了分别具有薄膜线圈114(下部线圈部分114A，上部线圈部分114B)以及薄膜线圈214(下部线圈部分214A，上部线圈部分214B)来代替薄膜线圈14这点之外，具有与薄膜电感器10相同的结构。薄膜线圈114的结构除了下部线圈部分114A的厚度TA与上部线圈部分114B的厚度TB相等这点之外(厚度比TB/TA＝1)，其他与薄膜线圈14的结构相同。另一方面，薄膜线圈214的结构除了下部线圈部分214A的厚度TA比上部线圈部分214B的厚度TB小这点之外(厚度比TB/TA＞1)，其他与薄膜线圈14的结构相同。并且，在薄膜电感器10、100、200中，厚度TA、TB的总和是固定的。

在第一比较例的薄膜电感器100中，因为夹持下部线圈部分114A的下部磁性膜12以及上部磁性膜13彼此过于接近，所以，它们之间磁通的闭合倾向较强。此时，交链下部线圈部分114A的过渡磁通的量增加，故在薄膜线圈114中，交流电阻R增大。由此，在第一比较例中，提高Q值是很困难的。

此外，在第二比较例的薄膜电感器200中，下部磁性膜12以及上部磁性膜13比第一比较例的情况进一步接近，所以，交链下部线圈部分214A的过渡磁通的量进一步增加，故在薄膜线圈214中，交流电阻R进一步增大。由此，在第二比较例中，提高Q值也是困难的。

与此相对，在本实施方式的薄膜电感器10中，因为下部磁性膜12以及上部磁性膜13充分离开，所以，它们之间磁通闭合的倾向较弱。此时，交链下部线圈部分14A的过渡磁通的量比第一以及第二比较例的情况少，所以，在薄膜线圈214中，交流电阻R减小。因此，在本实施方式中，在具有螺线管型的薄膜线圈14的情况下，能够提高Q值。此时，使厚度TA相对于厚度TB相对地较大，即，厚度比TB/TA越小，越能使Q值增加。

特别是，在本实施方式中，若使厚度比TB/TA在0.1＜TB/TA＜1的范围内，则能够抑制薄膜线圈14的直流电阻过于增大，并能够得到充分的Q值。

并且，在本实施方式中，如图2所示，使下部磁性膜12以及上部磁性膜13分离，但是，并不限于此。例如，如对应于图2的图7所示，可以使下部磁性膜12以及上部磁性膜13彼此连接。在图7中示出如下情况：例如，在下部磁性膜12以及上部磁性膜13之间设置连接部16，由此，通过连接部16连接它们的一端之间或者另一端之间。构成该连接部16的磁性材料可以与下部磁性膜12以及上部磁性膜13的构成材料相同、或者不同。此时，磁路结构为闭磁路，由此，能够增大电感L，故能够进一步提高Q值。

此外，在本实施方式中，如图2所示，伴随着以夹持下部线圈部分14A的方式配置下部磁性膜12以及上部磁性膜13，该下部线圈部分14A的厚度TA比上部线圈部分14B的厚度TB大，但是，并不限于此。例如，如对应于图2所示的图8所示，配置下部磁性膜12代替上部磁性膜13，并且，在上部线圈绝缘膜15D上配置上部磁性膜13，由此，以夹持上部线圈部分14B的方式配置下部磁性膜12以及上部磁性膜13来代替下部线圈部分14A时，该上部线圈部分14A的厚度TB可以比下部线圈部分14A的厚度TA大。此时，也能得到与图2所示的情况相同的作用，所以，能够提Q值。

此外，在本实施方式中，在图1～图4中示出了薄膜线圈14的结构，但是，下部线圈部分14A与上部线圈部分14B之间的相对位置关系(重叠的范围)或者端子14T1、14T2的引出方向等并不限于图1～图4所示的情况，可任意设定。

实施例

然后，对本发明的实施例进行说明。

通过使用了有限要素法的磁场分析，估计具有图1～图6所示的螺线管型的薄膜线圈的薄膜电感器的各性能时，能够得到图9～图13所述的一系列的结果。图9～图12分别示出电感Ldc(×10^-6H)、电感L1M(×10^-6H)、电阻Rdc(Ω)、以及电阻R1M(Ω)的厚度比TB/TA依赖性。此外，图13示出了Q值Q1M的厚度比TB/TA依赖性。所述的“电感Ldc”以及“电阻Rdc”都是通过静磁场分析所计算出的值，一般地，能够以kHz量级的低频区域的分析值进行近似。另一方面，“电感L1M”、“电阻R1M”以及“Q值Q1M”都是频率＝1MHz时的值。

在估计该薄膜电感器的各性能时，如上所述，设定一系列的参数。即，对于薄膜线圈来说，线宽度＝100μm、线间隔＝20μm、匝数＝16匝、间隙＝5μm、下部线圈部分的厚度TA以及上部线圈部分的厚度TB的总和＝200μm，并且，使厚度比TB/TA在0.1(18μm/182μm)、0.43(60μm/140μm)、0.67(80μm/120μm)、1(100μm/100μm)、1.5(120μm/80μm)、2.33(140μm/60μm)、4(160μm/40μm)7个阶段进行变化。厚度比TB/TA＜1(TB/TA＝0.1、0.43、0.67)对应于图1～图4所示的本发明、厚度比TB/TA＝1对应于图5所示的第一比较例、厚度比TB/TA＞1(TB/TA＝1.5、2.33、4)对应于图6所示的第二比较例。此外，对于下部磁性膜以及上部磁性膜来说，厚度＝10μm、透磁率μ＝2000、电阻率＝100μΩcm。并且，在图9～图13中的图11中，使厚度比TB/TA在7个阶段(包括TB/TA＝0.1)变化，除图11以外，使厚度比TB/TA在6个阶段(不包括TB/TA＝0.1)变化。

如图9以及图10所示，电感Ldc、L1M都随着厚度比TB/TA的增大而逐渐增大。此外，如图11以及图12所示，电阻Rdc描绘为以厚度比TB/TA＝1为顶点的向下凸形的曲线，并且，电阻R1M随着厚度比TB/TA变大而逐渐增大。

根据图10以及图12结果，如图13所示，表示薄膜电感器动作时的线圈性能的Q值Q1M随着厚度比TB/TA的减小而逐渐增大。即，与厚度比TB/TA在TB/TA≥1的范围的第一以及第二比较例相比，在TB/TA＜1的本发明中，Q值Q1M变大。因此，可以确认，在本发明的薄膜电感器中，在具有螺线管型的薄膜线圈的情况下，通过使下部线圈部分的厚度TA比上部线圈部分的厚度TB大，由此，能够提高Q值。

在该厚度比TB/TA＜1的范围内，特别是，如图11所示，TB/TA＝0.1时，电阻Rdc显著变大。因此，若加入图11所示的结果，则在本发明的薄膜电感器中，可以确认，通过使厚度比TB/TA在0.1＜TB/TA＜1的范围内，由此，能够抑制薄膜线圈的直流电阻增加，并且，能够得到充分的Q值。

以上举出了实施方式以及实施例对本发明进行了说明，但是，本发明并不限于所述实施方式以及实施例中所说明的方式，可以是各种变形。具体地说，例如，在所述实施方式以及实施例中，对将本发明的薄膜器件应用于薄膜电感器的情况进行了说明，但是，并不限于此，也可以应用于薄膜电感器以外的其他器件中。该“其他器件”例如有薄膜变压器、薄膜磁传感器或MEMS(micro electro mechanicalsystems：微机电***)、或者包含了薄膜电感器、薄膜变压器、薄膜磁传感器或MEMS的滤波器或者模块等。应用于上述以外的器件时，也能够得到与所述实施方式以及实施例相同的效果。

本发明的薄膜器件能够应用于例如薄膜电感器、薄膜变压器、薄膜磁传感器或MEMS、或者包括上述这些的滤波器或者模块等中。

Claims

1.一种薄膜器件，其特征在于，

具有：

相互对置配置的第一磁性膜以及第二磁性膜；和

缠绕在所述第二磁性膜上的薄膜线圈，

所述薄膜线圈包括：

配置在所述第一以及第二磁性膜之间的多个第一线圈部分；

隔着所述第二磁性膜配置在所述第一线圈部分的相反侧的多个第二线圈部分；以及

将所述第一以及第二线圈部分串联连接起来的多个第三线圈部分，

所述第一线圈部分的厚度比所述第二线圈部分的厚度大。

2.根据权利要求1记载的薄膜器件，其特征在于，

所述多个第二线圈部分配置成与所述多个第一线圈部分的一端或者另一端重叠，

所述第三线圈部分配置在所述第一和第二线圈部分相互重叠的位置上。

3.根据权利要求1或2记载的薄膜器件，其特征在于，

所述第二线圈部分的厚度TB与所述第一线圈部分的厚度TA之比TB/TA在0.1＜TB/TA＜1的范围内。