JP2002217034A - 平面磁気素子 - Google Patents

平面磁気素子

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JP2002217034A
JP2002217034A JP2001011572A JP2001011572A JP2002217034A JP 2002217034 A JP2002217034 A JP 2002217034A JP 2001011572 A JP2001011572 A JP 2001011572A JP 2001011572 A JP2001011572 A JP 2001011572A JP 2002217034 A JP2002217034 A JP 2002217034A
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planar
ferrite
contact hole
magnetic element
contact
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JP2001011572A
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English (en)
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Yasutaka Fukuda
泰隆 福田
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JFE Steel Corp
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Kawasaki Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 上下のフェライト磁性膜の間に平面コイルを
設けた平面磁気素子のコンタクトホールに外部電極を形
成する時、コンタクトホールに空隙が生じやすく接触不
良をおこしやすいという問題があった。 【解決手段】 コンタクトホール14と平面コイル端子
15の接触する部分15の面積(Sc)とコンタクトホ
ール14の開口部面積(So)との比が1.0を越える
ようにコンタクトホール14を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、平面磁気素子に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、携帯電話やノート型パソコンなど
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。これらの携帯機器に対しては、従来からさらなる小
型・軽量化の要求がある。最近はこれに加えて、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んだ大量情報の高速処理
化など高機能が求められている。これに伴い、電池から
の単一電圧を、CPU、LCDモジュール、通信用パワ
ーアンプなどの様々な搭載デバイスが必要とする各々の
電圧レベルに変換できる電源の需要が増加してきた。そ
こで、携帯機器の小型・軽量化と高機能を両立させるた
めに、電源に搭載されるトランス、インダクタなどの磁
気素子の小型・薄型化を進めることが重要な課題となっ
ている。
【0003】さらに小型・軽量化を図るためSi基板上
に、金属磁性膜層/絶縁層/平面コイル層/絶縁層/金
属磁性膜層で構成された平面インダクタが、例えば、日
本応用磁気学会誌20(1996)922頁や特開平4
−363006号公報に開示されている。これら従来の
平面インダクタは製造コストと特性の面からの問題点が
ある。すなわち、平面インダクタは、6〜7μmの金属
磁性膜をスパッタ法などで成膜することと、金属磁性膜
と平面コイルの間に絶縁層を形成する必要があること
で、従来の磁気素子に対して、コストアップが避けられ
ない。
【0004】また、平面インダクタはMHz帯域の高周
波で駆動されるため、電気的に導体である金属磁性膜内
部での渦電流の発生により鉄損が増大する。また、上下
金属磁性膜がわずかな非磁性空間を介して対峙している
ため、垂直交番磁束が平面コイルに鎖交し、渦電流が発
生することによって損失が増大するという特性上の課題
がある。前者に対しては、金属磁性膜と同一の平面に高
抵抗領域を形成して渦電流を細分化すること(特開平6
−7705号公報)、後者に対しては、平面コイル導体
を複数に分割した導体ラインにすること(特開平9−1
34820号公報)によって特性改善の対策をとってい
るが十分とはいえない。
【0005】これらを解決するために、金属磁性膜の代
わりに印刷法やシート法で形成したフェライト磁性膜を
用いた平面型磁気素子が特開平11−26239号公報
に開示されている。これはフェライト粉にバインダを混
ぜた磁性ペーストをSi基板上に印刷、焼成することに
よって高抵抗のフェライト磁性膜を形成し、この膜上に
コイルパターンをメッキ法などで形成した後、さらにそ
の上に磁性膜を構成して磁気素子とするものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
11−26239号公報の技術でも、コンタクトホール
に外部電極を形成しようとした時、コンタクトホールに
空隙が生じやすく接触不良をおこしやすいという問題が
あった。
【0007】本発明の目的は、これらの問題を解決した
改善された平面磁気素子を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者は、フェライト
磁性膜を用いた平面型磁気素子の特性向上について検討
し、以下の手段を用いることによって上記目的を達成で
きることを知見し本発明を完成した。本発明は、上下の
フェライト磁性膜の間に平面コイルを設け、平面コイル
の端子上に導電物質が充填されたコンタクトホールを設
けた平面磁気素子において、前記コンタクトホールと平
面コイル端子の接触する部分の面積(Sc)と前記コン
タクトホールの開口部面積(So)との比が下記の
(1)式の関係を満足することを特徴とする平面磁気素
子である。
【0009】 So/Sc>1.0 ……(1) さらに好ましくは、4>So/Sc>1.0とするのが
よく、最も好ましくは、4>So/Sc>1.2とする
のがよい。
【0010】So/Scを1より大きい構造にするとク
リームハンダを印刷して外部電極を形成する場合にコン
タクトホール内の充填物内に気泡を残存することがな
く、端子不良を起こしにくい。このような形状は、必要
とする端子面より大きなパターンのスクリーンを用いて
上部フェライト層を印刷することによって得ることがで
きる。また、So/Scの比は4未満であることが好ま
しい。この比が4以上では、気泡残存性に関しては良好
となるが、端子に近いコイル上部のフェライト厚みが薄
くなるため、インダクタンスの低下などの特性の劣化を
招きやすくなる。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明のフェライト磁性膜はスピ
ネル構造を有するフェライトである。中でも以下に示す
組成のフェライトが好適である。フェライト磁性膜の平
均組成は、Fe23:40〜50mol%、ZnO:1
5〜35mol%,CuO:0〜20mol%、Bi2
3:0〜10mol%、MnO:0〜20mol%、
MgO:0〜20mol%、残部はNiOおよび不可避
不純物からなると好適である。この組成は、磁気素子全
体を平均した場合の値であり、上部フェライト、下部フ
ェライト、フェライト/基板界面など、場所によって最
適な組成に違えてもかまわない。磁性膜の組成をこのよ
うにした理由は以下の通りである。
【0012】Fe23:40〜50mol% Fe23が50mol%を越えるとFe2+イオンの存在
により電気抵抗が急激に低下する。電気抵抗の低下は高
周波領域で使用するとき渦電流の発生でフェライトコア
の損失を急激させてしまう。また、40mol%未満に
なるとフェライトの透磁率低下にともなうインダクタン
スの劣化が大きいため、40〜50mol%とした。
【0013】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求める重要
なパラメータである。15mol%未満ではキュリー温
度は高いもののインダクタンスが低下する。一方、35
mol%を越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
%にした。
【0014】CuO:0〜20mol% CuOは焼成温度を下げるために加える。20mol%
を越えると焼成温度は低下するがインダクタンスが劣化
するため上限を20mol%とした。
【0015】Bi23:0〜10mol% Bi23はCuOと同じく焼成温度を低下する効果があ
る。10mol%を越えると焼成温度は低下するがイン
ダクタンスが劣化するため上限を10mol%とした。
【0016】フェライト磁性膜は、上記組成を有するフ
ェライト粉末をバインダーを混ぜ、ペーストとし、印刷
法などで成膜後、焼成してもよい。またバインダーとし
てエポキシ樹脂やポリイミド樹脂などを用い、熱硬化さ
せたものでもよい。
【0017】以下図面を参照して本発明の実施の形態を
説明する。図1は本発明の実施例の平面磁気素子10を
示すもので、図1(a)は平面図、図1(b)は図1
(a)のA−A矢視断面図、図1(c)は上部フェライ
ト磁性膜12を除去して平面コイル13を露出させた平
面図である。なお、図1では、外部電極を除いた状態で
示している。図1に示すように、平面磁気素子10は上
下のフェライト磁性膜11、12の間に平面コイル13
を設け、平面コイル13の端子15上に導電物質が充填
されるコンタクトホール14を設けたものである。
【0018】このコンタクトホール14の上端と下端の
面積比、すなわち、コンタクトホール14と平面コイル
端子15の接触する部分の面積(Sc)とコンタクトホ
ール14の上部開口部面積(So)との比、So/Sc
が1.0を越える値とする。すなわち上部開口部面積が
大きくなるように形成してある。
【0019】本発明に係る平面磁気素子10の製造工程
を図2〜図6に示した。図2〜図6において(a)図は
平面図、(b)図はそれぞれB−B,C−C,D−D,
E−E,F−F矢視断面図である。図2に示すように、
Si基板31上に、Fe23/ZnO/CuO/NiO
=49/23/12/16(mol%)組成のフェライ
ト磁性粉を含んだペーストをスクリーン印刷法にて下部
フェライト32として成膜し、引き続き大気中950℃
で焼成した。焼成後の膜厚は40μmである。次に、フ
ェライト膜上にポリイミド樹脂33をスピンコートによ
り塗布して平滑層を形成した後、熱硬化させた。硬化後
の膜厚は3μmである。引き続きこの上に、メッキ下地
34として厚み0.5μmのCuを無電解めっき法で成
膜した。メッキ下地34の上にフォトレジストを塗布し
た後、フォトエッチングによりライン幅100μm、ラ
イン間隔40μm、厚み70μm、5ターンのスパイラ
ルコイルのレジストフレーム35を図2(a)に示すパ
ターンで形成した。
【0020】次に、図3に示すように、電気メッキによ
り、レジストフレーム35内に銅36を析出させた後、
図4に示すように、レジストを剥離し、化学エッチング
でコイル間のメッキ下地34を除去して平面コイル13
とした。このとき、平面コイル端子15も形成した。次
に、図5に示すように、Fe23/ZnO/CuO/N
iO=49/23/12/16(mol%)組成のフェ
ライト磁性粉を含んだエポキシ樹脂ペーストをスクリー
ン印刷法にて上部フェライト39として成膜し、150
℃で熱硬化した。最後に図6に示すように、クリームハ
ンダを電極のコンタクトホール40に印刷・熱硬化させ
て外部電極41を形成した。
【0021】次に、実施例として、上部のフェライト磁
性膜を印刷するスクリーンのコンタクトホール寸法を変
えることによって、コンタクトホールの開放面積Soを
変化させてサンプルを作製した。それぞれの外部電極端
子断面を観察して空隙の有無を観察した。結果を表1に
まとめた。インダクタンスは5MHzにおける値であ
る。この結果から、コンタクトホール形状を、本発明の
ようにした場合には、クリームハンダの挿入不足や気泡
巻き込みによる空隙の発生が少ないことが明らかになっ
た。
【0022】
【表1】
【0023】
【発明の効果】本発明によれば、コンタクトホールに空
隙のない磁気素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の平面磁気素子の(a)平面図、(b)
A−A矢視断面図、(c)上部フェライト磁性膜を除去
して平面コイルを露出させた平面図である。
【図2】本発明の平面磁気素子の下部フェライト磁性
膜、レジストフレーム製造工程の説明図である。
【図3】本発明の平面磁気素子の銅析出工程の説明図で
ある。
【図4】本発明の平面磁気素子のレジスト剥離、化学エ
ッチング工程の説明図である。
【図5】本発明の平面磁気素子の上部フェライト磁性膜
製造工程の説明図である。
【図6】本発明の平面磁気素子の外部電極形成工程の説
明図である。
【符号の説明】 10 平面磁気素子 11 下部フェライト磁性膜 12 上部フェライト磁性膜 13 平面コイル 14 コンタクトホール 15 平面コイル端子 31 Si基板 32 下部フェライト 33 ポリイミド樹脂 34 メッキ下地 35 レジストフレーム 36 銅 37 平面コイル 38 コンタクトホール下地 39 上部フェライト 40 コンタクトホール 41 外部電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01F 31/00 F

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 上下のフェライト磁性膜の間に平面コイ
    ルを設け、平面コイルの端子上に導電物質が充填された
    コンタクトホールを設けた平面磁気素子において、前記
    コンタクトホールと平面コイル端子の接触する部分の面
    積(Sc)と前記コンタクトホールの開口部面積(S
    o)との比が下記の(1)式の関係を満足することを特
    徴とする平面磁気素子。 So/Sc>1.0 ……(1)
JP2001011572A 2001-01-19 2001-01-19 平面磁気素子 Pending JP2002217034A (ja)

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