JP2006210541A - Inductor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、小型化が必要なデバイスに用いられる、薄型に構成されたＬＣ複合部品、中でもコイル、トランス、コモンモードチョーク等の積層型のコイル構造に関するものであり、基板の中にインターポーズするか、又は基板上に実装できる、フリップチップタイプのマイクロチップデバイスである、薄膜磁性体を用いたインダクタに関する。 The present invention relates to a thin LC composite component used in a device that requires miniaturization, and more particularly to a laminated coil structure such as a coil, a transformer, and a common mode choke, and interposes in a substrate. The present invention also relates to an inductor using a thin film magnetic body, which is a flip chip type microchip device that can be mounted on a substrate.
従来のコモンモードチョークコイルに使われる薄型磁性体を用いたインダクタとして、特許文献１にも示されているように、コイル構造のような厚いフェライト基板５の上にコモンモードチョークコイルが形成されていた。このコイルの上にはフェライト基板が被せられコイルが覆われる。 As shown in Patent Document 1, a common mode choke coil is formed on a thick ferrite substrate 5 like a coil structure as an inductor using a thin magnetic material used in a conventional common mode choke coil. It was. This coil is covered with a ferrite substrate to cover the coil.
図９は、従来の薄型積層コモンモードチョークコイルの説明図である。薄型積層コモンモードチョークコイルは、磁性層が２層、コイルが２層、コイル中心部からの引き出し線が１層、接着層及び絶縁層が６層からなり、全層数が１１層からなるコイル構造を有している。 FIG. 9 is an explanatory diagram of a conventional thin laminated common mode choke coil. Thin laminated common mode choke coil is composed of two magnetic layers, two coils, one lead wire from the coil center, six adhesive layers and insulating layers, and a total of 11 layers. It has a structure.
この従来型の薄型積層コモンチョークコイルは、そのコイル構造Ｃ１とＣ２は絶縁層を挟んで上下対向する一対のスパイラル状の角形又は丸形コイルがフェライト基板５の上に絶縁層を挟んで形成される。このコイルＣ１、Ｃ２の外側端子は、それぞれ電極ｂに接続されている。又、コイルＣ１、Ｃ２の内側端子は、コイル中心部から絶縁層を介してコイル上を引き出し、それぞれ電極ａに接続されている。 In this conventional thin laminated common choke coil, the coil structures C1 and C2 are formed by a pair of spiral square or round coils facing each other with an insulating layer interposed therebetween on a ferrite substrate 5 with an insulating layer interposed therebetween. The The outer terminals of the coils C1 and C2 are each connected to the electrode b. In addition, the inner terminals of the coils C1 and C2 are drawn out from the center of the coil via an insulating layer, and are connected to the electrode a.
この従来の薄型積層コモンモードコイルは、厚いフェライト基板５のために、全体の厚みが５００μｍ程度以上であり、デバイスの薄型化トレンドには本質的に対応できにくい特徴を有していた。 This conventional thin laminated common mode coil has a feature that the overall thickness is about 500 μm or more due to the thick ferrite substrate 5 and it is essentially difficult to cope with the trend of thinning devices.
即ち、フェライト基板の形成は、高温焼結によってなされるが、焼結の後、コイル形成するために、フェライト基板を薄いままで研磨して平坦化する必要がある。即ち、２００μｍから３００μｍの４から５インチ径の大面積で薄いフェライトシートを割らないようにハンドリングし、その上にコイル形成を数回行い、更に、電極形成しフェライトシートをコイルの両面から挟み込むように接着する。両面からフェライト基板を当てた後に切断するが、各コモンモードコイルの厚みはフェライト基板のためにどうしても全体厚みが５００μｍ以上になる。そのため、薄型積層コモンモードコイルのさらなる薄型化が検討されてきている。 That is, the ferrite substrate is formed by high-temperature sintering, but it is necessary to polish and flatten the ferrite substrate while it is thin in order to form a coil after sintering. That is, handle a thin ferrite sheet with a large area of 4 to 5 inches from 200 μm to 300 μm so as not to break, form a coil several times on it, and further form an electrode and sandwich the ferrite sheet from both sides of the coil Adhere to. Although it cut | disconnects after applying a ferrite substrate from both surfaces, the thickness of each common mode coil inevitably becomes the whole thickness 500 micrometers or more because of a ferrite substrate. Therefore, further thinning of the thin laminated common mode coil has been studied.
たとえば、特許文献１には、各層毎にコイルを形成し、高周波特性に優れたコイル装置を提供するが、非透磁率μｅが低いため、有効磁束を得るのに必要な磁性層を厚くしなくてはならず、コイル全体の厚みが薄くならなかった。 For example, Patent Document 1 provides a coil device in which a coil is formed for each layer and excellent in high-frequency characteristics. However, since the non-permeability μe is low, the magnetic layer necessary to obtain an effective magnetic flux is not increased. The thickness of the entire coil did not decrease.
また、薄いコイル構造を形成するために、特許文献２には、電磁結合係数が大きく、製造コストが低減できる、薄型のコモンモードチョークコイルが例示されている。しかしながら、この方法もコイルの上下を挟む基板シートには、絶縁性の基板が使われており、フレキシブルにはならず、割れを防止する為強度を大きくする必要があり、低背化が困難である。 In order to form a thin coil structure, Patent Document 2 exemplifies a thin common mode choke coil that has a large electromagnetic coupling coefficient and can reduce the manufacturing cost. However, this method also uses an insulating substrate for the substrate sheet that sandwiches the upper and lower sides of the coil, so it is not flexible, it is necessary to increase the strength to prevent cracking, and it is difficult to reduce the height. is there.
さらに磁気結合の優れたチップ型コモンモードチョークコイルを得るために、特許文献３には、コイル構造をヘリカル状にして、コイル高さを低減し、高効率なヘリカルコイルを横に並べることで、低損失でノイズ低減の良好なコモンモードチョークコイルを形成している。しかしながら、全体の厚みを５００μｍ以下に抑えることはできない構造である。 Furthermore, in order to obtain a chip-type common mode choke coil with excellent magnetic coupling, Patent Document 3 discloses that the coil structure is helical, the coil height is reduced, and highly efficient helical coils are arranged side by side. A common mode choke coil with low loss and good noise reduction is formed. However, the entire thickness cannot be suppressed to 500 μm or less.
以上述べたように、従来のコモンモードチョークコイルの構造厚みは、フェライト磁性材料又は基板厚みが薄くできないために、全体の厚みが５００μｍよりも薄いチョ−クコイル構造を、達成できない現状である。即ち、フェライト磁性材料又は化合物系基板厚みを薄くすると、
フェライト基板又は絶縁基板にクラック等の割れが生じ易くなり信頼性の問題がある、
薄いフェライト材料又は薄い絶縁基板の低コスト作製技術が未確立である、
薄いフェライト薄膜は飽和磁化が低く十分なコモンモードチョーク特性が得られない、
等の問題点がある。
As described above, the structure thickness of the conventional common mode choke coil cannot be achieved by a choke coil structure having an overall thickness of less than 500 μm because the ferrite magnetic material or the substrate thickness cannot be reduced. That is, when the ferrite magnetic material or compound substrate thickness is reduced,
There is a problem of reliability because cracks such as cracks are likely to occur in the ferrite substrate or insulating substrate.
Low-cost fabrication technology for thin ferrite material or thin insulating substrate is not established.
Thin ferrite thin film has low saturation magnetization and sufficient common mode choke characteristics cannot be obtained.
There are problems such as.
前記の第１の課題であるフェライト基板又は絶縁基板にクラック等の割れが生じ易くなり信頼性の問題がある点について、以下に説明する。
即ち、１対のチョークコイルを保持するフェライト基板又は化合物系絶縁基板は、フレキシブルでないので、ある程度の厚みがないと、加工中の応力、及びハンドリングによりクラックが入り、割れてしまう。特に、基板とコイルの接着を行う際には、上からのプレス力が加わり変形し、薄い酸化物等の化合物基板では、クラックが伝搬するという問題がある。
The point that the ferrite substrate or the insulating substrate, which is the first problem, is likely to be cracked or the like and has a problem of reliability will be described below.
That is, a ferrite substrate or a compound-based insulating substrate that holds a pair of choke coils is not flexible. Therefore, if there is no thickness to some extent, cracks are generated due to stress during processing and handling. In particular, when the substrate and the coil are bonded, there is a problem that a crack is propagated in a compound substrate made of a thin oxide or the like due to the pressing force applied from above.
また、前記の第２の課題である薄いフェライト材料又は薄い絶縁基板の低コスト作製技術が未確立である点について、以下に説明する。
即ち、薄いフェライト材料を作製する方法は、これまで数種類が開発されている。例えば、塗布による方法では、数１０μｍの薄い層は塗布できるが、バインダーを飛ばして焼結させるため、８００度以上の温度で熱処理しなくてはならず、フラットな磁性体は得られない。更に、焼結しても透磁率の低いフェライト層しか得られないという問題が有る。メッキ法によるフェライト層の成膜では、比透磁率が１００以下の数μｍ厚みの薄膜は得られるが、大量に低コストで生産する方法が未開発である。更に、スパッタリングでフェライト酸化物薄膜を成膜する方法は、低保磁力で良好な透磁率を有する薄膜作製技術が未完成であり、低コスト量産技術もできていない。
Moreover, the point which the low-cost production technique of the thin ferrite material or the thin insulated substrate which is the said 2nd subject is not established is demonstrated below.
That is, several types of methods for producing a thin ferrite material have been developed so far. For example, in the coating method, a thin layer of several tens of μm can be coated, but since the binder is blown and sintered, heat treatment must be performed at a temperature of 800 ° C. or more, and a flat magnetic material cannot be obtained. Furthermore, there is a problem that only a ferrite layer having a low magnetic permeability can be obtained even if sintered. In the formation of a ferrite layer by plating, a thin film having a relative permeability of 100 μm or less can be obtained, but a method for producing a large amount at a low cost has not been developed yet. Furthermore, as a method of forming a ferrite oxide thin film by sputtering, a thin film manufacturing technique having a low coercive force and a good magnetic permeability has not been completed, and a low-cost mass production technique has not been achieved.
また、前記の第３の課題である薄いフェライト薄膜は飽和磁化が低い為に良好なコモンモードチョーク特性が得られない点について、以下に説明する。
即ち、フェライトの透磁率が低いため、磁性体を厚くして、コイル間の電磁界の結合を大きくできるように、コイルが挟まれている領域の磁界強度を大きくする必要がある。２つのコイルが挟まれている空間の磁界が大きい程、コイル間の磁界の伝達が大きくなるので、効率が高くなり、ノイズ低減が効率良く図られる。フェライトの焼結体では、透磁率と飽和磁化が低いので、磁性体の厚みを厚くして、磁性体間の磁界を大きくして、一対のコイル間の結合係数を改善する必要がある。
Further, the point that the thin ferrite thin film, which is the third problem, cannot obtain good common mode choke characteristics due to low saturation magnetization will be described below.
That is, since the magnetic permeability of ferrite is low, it is necessary to increase the magnetic field strength in the region where the coil is sandwiched so that the magnetic material can be thickened to increase the coupling of the electromagnetic field between the coils. As the magnetic field in the space between the two coils increases, the transmission of the magnetic field between the coils increases, so that the efficiency increases and noise reduction can be achieved efficiently. Since the ferrite sintered body has low magnetic permeability and saturation magnetization, it is necessary to increase the thickness of the magnetic body, increase the magnetic field between the magnetic bodies, and improve the coupling coefficient between the pair of coils.
そこで、本発明は、上記の点を鑑み、対をなすコイル導体のコモンモードでの十分なインダクタンス値が得られて、対をなす双方のインピーダンス値が等しくなるようにコイル設計し、デファレンシャルモードにおいて、インダクタンス値を限りなく低くして、ノーマルモード特性にノイズを与えない磁気結合の優れた高効率なコイル構造を、薄いフレキシブルなフリップチップタイプのコモンモードチョークコイル構造として、薄膜磁性体を用いたインダクタを提供することである。 Therefore, in view of the above points, the present invention is designed so that a sufficient inductance value in the common mode of the paired coil conductors can be obtained, and the impedance values of both the paired coil conductors are equalized. Using a thin-film magnetic material as a thin flexible flip-chip type common mode choke coil structure, a highly efficient coil structure with excellent magnetic coupling that does not give noise to normal mode characteristics with an extremely low inductance value It is to provide an inductor.
前述した課題を解決するために、請求項１の発明に係わる極薄でフレキシブルなフリップチップタイプのコモンモードチョークコイルは、薄い薄膜磁性体からなる複合磁性体１対と、相対する１対の導体コイルと、絶縁層からなる導体コイル構造であって、磁性体は、数μｍから数１０μｍの樹脂基板の両面上に、各磁性体の厚みを１〜１０μｍで物理成膜、化学成膜及び塗布成膜等各種成膜方法で、軟磁性層上層と軟磁性層下層を成膜して構成した複合磁性体を、相対して接着した第１の導体コイル及び第２の導体コイルの両側に配置し、前記第１の導体コイル及び第２の導体コイルは、樹脂基板の片側に渦巻き状に形成され、内端が前記樹脂基板の基板の厚み方向に貫通するスルーホール媒体を介して前記樹脂基板他面側に導かれており、それぞれのコイルは接着層を介して相対することで、全厚みが５００μｍ以下を有する、極薄でフレキシブルなフリップチップタイプのコモンモードチョークを構成できる、薄膜磁性体を用いることを特徴としている。 In order to solve the above-mentioned problems, an ultra-thin and flexible flip-chip type common mode choke coil according to the invention of claim 1 is composed of a pair of thin composite magnetic bodies and a pair of opposing conductors. It is a conductor coil structure composed of a coil and an insulating layer, and the magnetic material is formed on both surfaces of a resin substrate of several μm to several tens of μm by physical film formation, chemical film formation and coating with a thickness of each magnetic material of 1-10 μm Arranged on both sides of the first and second conductor coils, which are bonded to each other, with a composite magnetic body formed by depositing the soft magnetic layer upper layer and the soft magnetic layer lower layer by various film formation methods such as film formation The first conductor coil and the second conductor coil are spirally formed on one side of the resin substrate, and the resin substrate is inserted through a through-hole medium whose inner end penetrates in the thickness direction of the substrate of the resin substrate. Led to the other side, Each coil is characterized by using a thin film magnetic material that can constitute an ultra-thin and flexible flip chip type common mode choke having a total thickness of 500 μm or less by facing each other through an adhesive layer. .
即ち、本発明は、１対の複合磁性体が、接着層を介して相対して積層された１対の導体コイルの両側に配置されてなるインダクタであって、前記薄膜磁性体は、樹脂基板の両面に薄膜磁性体を、厚み１μｍ〜１０μｍで形成してなり、前記導体コイルには、樹脂基板の片側に渦巻き状の導体が形成され、前記導体の端部が前記樹脂基板の厚み方向に貫通するスルーホールを介して前記樹脂の他面側に導かれてなり、インダクタの厚みが５００μｍ以下のインダクタである。 That is, the present invention is an inductor in which a pair of composite magnetic bodies are arranged on both sides of a pair of conductor coils laminated oppositely via an adhesive layer, and the thin film magnetic body includes a resin substrate A thin film magnetic body is formed on both sides of the substrate with a thickness of 1 μm to 10 μm, and the conductor coil is formed with a spiral conductor on one side of the resin substrate, and the end of the conductor extends in the thickness direction of the resin substrate. The inductor is led to the other surface side of the resin through a through hole penetrating the inductor and has an inductor thickness of 500 μm or less.
また、本発明は、前記一対の導体コイルは前記積層の一方向から見て前記渦巻きが互いに同一方向のインダクタである。 Further, according to the present invention, the pair of conductor coils are inductors in which the spirals are in the same direction as viewed from one direction of the lamination.
また、本発明は、前記薄膜磁性体は透磁率が１０から１０００までの値のインダクタである。 In the present invention, the thin film magnetic body is an inductor having a magnetic permeability of 10 to 1000.
また、本発明は、前記薄膜磁性体はスパッタ法により成膜されたＣｏＦｅＳｉＢ、ＣｏＺｒＮｂ等のアモルファス薄膜、または多層化されたアモルファス系多層薄膜、またはメッキ法で成膜されたパーマロイ薄膜、またはフェライト薄膜の少なくとも１種以上を含み、前記薄膜の厚みが１〜１０μｍで、前記樹脂基板の厚みが数μｍから数１０μｍで、前記複合磁性体の厚みが数μｍから５０μｍのインダクタである。 Further, according to the present invention, the thin-film magnetic body may be an amorphous thin film such as CoFeSiB or CoZrNb formed by sputtering, a multilayered amorphous multilayer thin film, a permalloy thin film formed by plating, or a ferrite thin film. In this inductor, the thin film has a thickness of 1 to 10 μm, the resin substrate has a thickness of several μm to several tens of μm, and the composite magnetic body has a thickness of several μm to 50 μm.
また、本発明は、前記インダクタがフレキシブルなフリップチップタイプのコモンモードチョークコイルのインダクタである。 The present invention is also an inductor of a flip-chip type common mode choke coil in which the inductor is flexible.
また、本発明は、前記薄膜磁性体は１００ＭＨｚから１ＧＨｚにおける実効比透磁率μｅが、μｅ≧１００を満たすインダクタである。 In the present invention, the thin film magnetic body is an inductor having an effective relative permeability μe from 100 MHz to 1 GHz satisfying μe ≧ 100.
また、本発明は、前記インダクタを単一の素子としてアレー化し、多連のフリップチップコモンモードチョークコイルが形成されたインダクタである。 Further, the present invention is an inductor in which the inductors are arrayed as a single element, and multiple flip chip common mode choke coils are formed.
本発明によれば、上記の点を鑑み、対をなすコイル導体のコモンモードでの十分なインダクタンス値が得られて、対をなす双方のインピーダンス値が等しくなるようにコイル設計し、デファレンシャルモードにおいて、インダクタンス値を限りなく低くして、ノーマルモード特性にノイズを与えない磁気結合の優れた高効率なコイル構造を、薄いフレキシブルなフリップチップタイプのコモンモードチョークコイル構造として、薄膜磁性体を用いたインダクタを提供できる。 According to the present invention, in view of the above points, the coil design is made so that a sufficient inductance value in the common mode of the coil conductors forming a pair can be obtained, and the impedance values of both the paired coil conductors can be made equal. Using a thin-film magnetic material as a thin flexible flip-chip type common mode choke coil structure, a highly efficient coil structure with excellent magnetic coupling that does not give noise to normal mode characteristics with an extremely low inductance value An inductor can be provided.
本発明の実施の形態の例として、図を用いて本発明に係わるインダクタとして、極薄でフレキシブルなフリップチップタイプのコモンモードチョークコイルの構成を説明する。 As an example of an embodiment of the present invention, a configuration of an ultra-thin and flexible flip chip type common mode choke coil will be described as an inductor according to the present invention with reference to the drawings.
図１は、本発明のコモンモードチョークコイルの概略図である。全体の厚みは約８８μｍ程度である。図示されたコモンモードチョークコイルは、コモンモードチョークコイルとしてノイズ防止用素子として用いるのに適したものである。また、これ以外の高周波トランス又はインダクタ等としても応用可能である。実際の作製時は複数個のフリップチップ型コモンモードチョークコイルを同時に基板上で作製する。本実施の形態では、前記複数個の中での１素子について説明する。 FIG. 1 is a schematic view of a common mode choke coil according to the present invention. The total thickness is about 88 μm. The illustrated common mode choke coil is suitable for use as a noise prevention element as a common mode choke coil. Further, the present invention can be applied to other high-frequency transformers or inductors. In actual fabrication, a plurality of flip chip type common mode choke coils are fabricated simultaneously on the substrate. In the present embodiment, one element among the plurality will be described.
図２は、図１に示す本発明で使用した複合磁性層の構成概略図である。複合磁性層は、１２．５μｍ厚みの第１の樹脂基板１１の両面に、３μｍ厚みの第１の磁性層上層１０と、３μｍ厚みの第１の磁性層上層１２が成膜され、３つの層で構成され、複合磁性層の厚みは１８．５μｍである。上層及び下層とも同じ構成である。 FIG. 2 is a schematic diagram of the composite magnetic layer used in the present invention shown in FIG. In the composite magnetic layer, a first magnetic layer upper layer 10 having a thickness of 3 μm and a first magnetic layer upper layer 12 having a thickness of 3 μm are formed on both sides of the first resin substrate 11 having a thickness of 12.5 μm. The thickness of the composite magnetic layer is 18.5 μm. The upper layer and the lower layer have the same configuration.
この磁性層は、軟磁性金属材料で構成され、５００ｎｍから１０００ｎｍ厚み程度の磁性薄膜と１０ｎｍ厚み程度の絶縁薄膜からなる数周期の多層構造になっている場合もある。その薄膜軟磁性材料としては、ＣｏＦｅＳｉＢ系薄膜材料、ＣｏＮｂＺｒ系薄膜材料がある。メッキで作製されたＭｎＺｎ系フェライト材料、ＮｉＺｎ系フェライト材料なども可能である。更に、強磁性粉末と樹脂を含む塗布磁性体も可能であるが、磁性体の透磁率が低く、十分なインダクタンスを薄い磁性体で得られない。 This magnetic layer is made of a soft magnetic metal material and may have a multi-layered structure having several cycles of a magnetic thin film having a thickness of about 500 nm to 1000 nm and an insulating thin film having a thickness of about 10 nm. As the thin film soft magnetic material, there are a CoFeSiB thin film material and a CoNbZr thin film material. MnZn-based ferrite materials, NiZn-based ferrite materials and the like produced by plating are also possible. Furthermore, a coated magnetic body containing ferromagnetic powder and resin is also possible, but the magnetic body has a low magnetic permeability, and a sufficient inductance cannot be obtained with a thin magnetic body.
図３は本発明の組み立て構成図である。図３（ａ）は分解図であり、図３（ｂ）は完成品の断面図である。フリップチップ型コモンモードチョークコイルは、図２に示した一対の複合磁性層上層１６と複合磁性層下層１９、更に、一対の導体コイル１７とコイル樹脂基板２０、導体コイル１８とコイル樹脂基板２０から構成されている。導体コイル１７及び導体コイル１８は、スパイラル状のコイル構造とコイル中心部からの引き出し線から構成されており、引き出し線とコイルの間には、それぞれ１２．５μｍ厚みのコイル樹脂基板２０が配置されている。樹脂基板は耐熱性の良いポリイミドフィルムが主に用いられるが、更に、無機質成分を含んでいても良い。無機質成分は、ガラスクロス、ガラス不織布、アラミド不織布の少なくとも１種を含むことができる。複合磁性層上層１６と導体コイル１７の間、導体コイル１７と導体コイル１８の間、更に導体コイル１８と複合磁性層下層１９の間には、それぞれ数μｍ厚みの接着絶縁層が形成されている。
FIG. 3 is an assembly configuration diagram of the present invention. FIG. 3A is an exploded view, and FIG. 3B is a cross-sectional view of the finished product. The flip chip type common mode choke coil includes a pair of composite magnetic layer upper layer 16 and composite magnetic layer lower layer 19 shown in FIG. 2, a pair of conductor coil 17 and
以下に、本発明の薄膜磁性体を用いたインダクタの作製工程について概略を説明する。図４は、本発明のコモンモードチョークコイルの電極概略図である。導体コイル１７の電極ａ及びｂ、又導体コイル１８の電極ａ及びｂが１００μｍ×２００μｍの面積で磁性層が切り取られている。導体コイル１７と導体コイル１８の両側には、複合磁性層上層１６及び複合磁性層下層１９が配置されている。 The outline of the manufacturing process of the inductor using the thin film magnetic body of the present invention will be described below. FIG. 4 is an electrode schematic diagram of the common mode choke coil of the present invention. The magnetic layers are cut out in an area of 100 μm × 200 μm for the electrodes a and b of the conductor coil 17 and the electrodes a and b of the conductor coil 18. A composite magnetic layer upper layer 16 and a composite magnetic layer lower layer 19 are disposed on both sides of the conductor coil 17 and the conductor coil 18.
図４に示したフリップチップタイプのコモンモードチョークコイルの製造手順について図５を参考にして説明する。工程１において、磁性薄膜成膜は薄膜工程で形成され、１×１０-5パスカル以下の真空度が得られるマグネトロンスパッタ装置を用いて基板表面に４〜４０ｋＡ／ｍの直流磁界を印加しながら軟磁性薄膜を形成した。そして、１２．５μｍの厚みを有するポリイミド系等の有機絶縁基板の両面に、磁場中で長手方向を磁化困難軸方向に揃えた３μｍ厚みのＣｏＦｅＳｉＢ系軟磁性薄膜層を形成した。両面成膜は、片面を成膜した後、裏返して成膜可能である。又、熱の掛からない成膜方法の場合は、同時に両面で成膜が可能である。長いシートを連続成膜することも可能である。短冊シート又は連続シートを作製した後、所定の素子形状に合わせて加工する。 A manufacturing procedure of the flip chip type common mode choke coil shown in FIG. 4 will be described with reference to FIG. In Step 1, the magnetic thin film is formed by a thin film process, and a soft magnetic field is applied while applying a DC magnetic field of 4 to 40 kA / m to the substrate surface using a magnetron sputtering apparatus that can obtain a vacuum of 1 × 10 −5 Pascal or less. A magnetic thin film was formed. Then, a CoFeSiB-based soft magnetic thin film layer having a thickness of 3 μm was formed on both surfaces of a polyimide-based organic insulating substrate having a thickness of 12.5 μm, the longitudinal direction being aligned with the hard axis direction in a magnetic field. In double-sided film formation, film formation can be performed by turning one side of the film and turning it over. Further, in the case of a film formation method that does not apply heat, film formation on both sides is possible at the same time. It is also possible to form a long sheet continuously. After producing a strip sheet or a continuous sheet, it is processed according to a predetermined element shape.
次に、工程２において、パターニングは各素子の磁性層の電極部にスルーホールを形成するため、レーザー、及び打ち抜き等、各種技術を用いて、１００μｍ×２００μｍ程度の穴を１ｍｍ角の四隅に空ける。 Next, in step 2, patterning forms a through hole in the electrode portion of the magnetic layer of each element. Therefore, holes of about 100 μm × 200 μm are formed in four corners of 1 mm square using various techniques such as laser and punching. .
次に、工程３において、導体成膜は、６〜１２．５μｍ厚み程度の連続フレキシートの両面に、導体コイル厚み５μｍ程度をメッキ成膜する。工程４において、導体コイル形成は、片面はスパイラルコイルをライン／スペース＝１００μｍ導体幅／５０μｍスペース、でエッチング加工してコイル形成する。他の面は引き出し線部分を２００μｍ程度の幅で加工する。その際、第１の導体コイル１７と第２の導体コイル１８は、それぞれ逆方向の巻き方である。工程５において、スルーホール形成は、レーザー等で１００μｍ直径の穴開け加工後、スルーホール部分をメッキ導通させ、コイルとする。 Next, in step 3, the conductor film is formed by plating a conductor coil thickness of about 5 μm on both sides of a continuous flexible sheet having a thickness of about 6 to 12.5 μm. In Step 4, the conductor coil is formed by etching a spiral coil on one side with a line / space = 100 μm conductor width / 50 μm space. On the other surface, the lead line portion is processed with a width of about 200 μm. At that time, the first conductor coil 17 and the second conductor coil 18 are wound in opposite directions. In step 5, through-hole formation is performed with a laser or the like after drilling with a diameter of 100 μm, and the through-hole portion is plated to form a coil.
工程６において、コイル面の接着は、両面を１０μｍ程度の精度で合わせ接着することで、コモンモードコイル特性が得られるので、接着時の接着剤の厚みの管理は大切である。本発明では、スルーホールの穴、又、電極部の穴から接着剤を抜き出すことができるので、コイル間隔スペースは精度良く得られる。更なる高精度は、厚みの薄いコイル樹脂基板２０の両面に導体コイル１７と導体コイル１８を形成することで可能である。
In step 6, since the common mode coil characteristics can be obtained by bonding and bonding the coil surfaces with an accuracy of about 10 μm, it is important to manage the thickness of the adhesive during bonding. In the present invention, since the adhesive can be extracted from the hole of the through hole or the hole of the electrode part, the coil interval space can be obtained with high accuracy. Further high accuracy is possible by forming the conductor coil 17 and the conductor coil 18 on both surfaces of the thin
工程７において、複合磁性体接着は、接合したコイルの両面から精度良く位置合わせして、接着する。その際、電極部の穴は接着剤の逃げ場となる。工程８において、磁性体層保護は、接着を強固にするためと、接着した磁性体を通したショート等のトラブルが生じないように、電気的絶縁を確保するために行う。その方法としては、レジスト等の絶縁材料のスプレー塗布、更に乾燥、露光、現像による薄膜化、ハードキュアによる安定化である。
In
工程９において、電極部処理は、レーザー加工による１００μｍ径のスポット加工により、導体Ｃｕ電極の上に堆積した接着剤とかレジスト等を蒸発させることで、下地の導体Ｃｕ電極を露出させて導通を計ることができる。フリップチップ型コモンモードチョークデバイスとして、単品で使用する際は、このスルーホールに半田ボールを入れて電極と接合することができる。多層基板の中に投入する際は、樹脂の上からこの電極部にレーザー加工でフリップチップの電極まで穴開けを行い、その後、メッキ処理をして導通を確保する。 In step 9, the electrode portion treatment is conducted by spotting 100 μm in diameter by laser processing to evaporate the adhesive or resist deposited on the conductor Cu electrode, thereby exposing the underlying conductor Cu electrode. be able to. When the flip chip type common mode choke device is used alone, a solder ball can be inserted into the through hole and bonded to the electrode. When throwing it into the multilayer substrate, a hole is drilled from the top of the resin to the electrode of the flip chip by laser processing, and then plating is performed to ensure conduction.
工程１０において、素子切断は、多数のフリップチップが配列した基板を、必要な寸法に切断する。その際、アレーが可能なように複数個を繋げたままで切断することも可能である。１ｍｍ角に切断した際は、１ｍｍ×１ｍｍ×１００μｍ程度の極薄のフリップチップＣＭＣデバイスを形成可能である。 In step 10, element cutting is performed by cutting a substrate on which a large number of flip chips are arranged into necessary dimensions. At that time, it is also possible to cut the plurality of pieces connected together so that an array can be formed. When cut into 1 mm square, an ultrathin flip chip CMC device of about 1 mm × 1 mm × 100 μm can be formed.
できあがったＣＭＣチョークは、１００μｍ以下の薄さであるので、その応用先は多層基板の中にインターポーズできる。この素子は、素子の上から圧力を加えても、素子そのものがフレキシブルであり、薄膜磁性体は磁歪特性がゼロ付近の組成を用いているので、磁気特性が大きくは変動しない。そのため、フレキシブル基板の上などに実装できる。 Since the finished CMC choke is 100 μm or less in thickness, its application destination can be interposed in the multilayer substrate. Even if pressure is applied from above the element, the element itself is flexible, and the thin film magnetic body uses a composition having a magnetostriction characteristic of near zero, so that the magnetic characteristic does not vary greatly. Therefore, it can be mounted on a flexible substrate.
図５は、本発明のコモンモードチョークコイルの回路図である。第１の導体コイル１７は、巻き始端（外部）を導体コイルの電極ｂに接続し、巻き終端（内部）はコイル樹脂基板２０のスルーホール導体を通して反対側に導かれ、外部への引き出し線を使って第１の導体コイルの電極ａに接続した構成となる。第２の導体コイル１８も、左記の例と同じである。第１の導体コイル１７のコイル面と、第２の導体コイル１８のコイル面とは、面対称となっており、コイル面が相対するので、磁気的結合が良く、結合係数が大きい。
FIG. 5 is a circuit diagram of the common mode choke coil of the present invention. The first conductor coil 17 connects the winding start end (outside) to the electrode b of the conductor coil, and the winding end (inside) is led to the opposite side through the through-hole conductor of the
図７は、本発明になるフリップコモンモードチョークコイルのインダクタンスＬ値特性の磁性層厚み依存性を示すグラフである。薄膜材料の透磁率を２００とした際の第１の導体コイル１７及び第２の導体コイル１８におけるインダクタンス値である。磁性層厚みが厚くなるにつれて、コイルのインダクタンス値が増加している。使用に耐えるコモンモード特性を得るには、１００ＭＨｚでのインダクタンス値が１４０ｎＨ以上であり、磁性層が３μｍでも十分に良好なコモンモード特性が得られる。 FIG. 7 is a graph showing the magnetic layer thickness dependence of the inductance L value characteristic of the flip common mode choke coil according to the present invention. It is an inductance value in the first conductor coil 17 and the second conductor coil 18 when the permeability of the thin film material is 200. As the magnetic layer thickness increases, the inductance value of the coil increases. In order to obtain a common mode characteristic that can withstand use, an inductance value at 100 MHz is 140 nH or more, and a sufficiently good common mode characteristic can be obtained even when the magnetic layer is 3 μm.
図８は、本発明のフリップコモンモードチョークコイルの効率Ｑ値特性の磁性層厚み依存性を示すグラフである。ＣＭＣコイルの１００ＭＨｚでのＱ値は以下の式（１）で求められる。
Ｑ＝［１−（ＣＭＣコイルのディファレンシャルモードでのインダクタンス値）
／（ＣＭＣコイルのコモンモードでの平均インダクタンス値）］×１００・・・（１）
FIG. 8 is a graph showing the magnetic layer thickness dependence of the efficiency Q value characteristic of the flip common mode choke coil of the present invention. The Q value at 100 MHz of the CMC coil is obtained by the following equation (1).
Q = [1- (Inductance value in differential mode of CMC coil)
/ (Average inductance value of CMC coil in common mode)] × 100 (1)
ここで、ＣＭＣのディファレンシャルモードでのＬ測定は、図５の第１の導体コイル１７及び第２の導体コイル１８の電極ａとａを短絡して測定した。図８より、磁性層厚みが厚くなるほど、Ｑ値は改善され、３μｍ厚みでのＱ値＝９２から、７５μｍ厚みでのＱ値＝９４．５に増加する。 Here, the L measurement in the differential mode of the CMC was performed by short-circuiting the electrodes a and a of the first conductor coil 17 and the second conductor coil 18 in FIG. As shown in FIG. 8, the Q value is improved as the magnetic layer thickness is increased, increasing from Q value = 92 at 3 μm thickness to 94.5 at 75 μm thickness.
表１は、本発明になるフリップコモンモードチョークコイルの実施例をまとめたものである。磁性材料の種類と磁性体厚み、フリップチップＣＭＣデバイスの全体厚み、そのインダクタンス値とＱ値を示した。 Table 1 summarizes the embodiments of the flip common mode choke coil according to the present invention. The kind of magnetic material, the thickness of the magnetic material, the total thickness of the flip chip CMC device, its inductance value and Q value are shown.
実施例１と実施例３は、本発明になるＣｏＦｅＳｉＢと複合多層膜を使用したＣＭＣの例である。実施例２は、フェライトバルクを使った、現状のＣＭＣである。実施例４は、ＣｏＦｅＳｉＢの多層膜を用いたもので、基板片面に成膜した磁性体をコイルの両側から貼り付けている。実施例５と実施例６は、薄膜では作製が困難な厚膜に対応するため、液体急冷法で作製した薄帯を使ってＣＭＣを構成した。 Examples 1 and 3 are examples of CMCs using CoFeSiB and a composite multilayer film according to the present invention. Example 2 is a current CMC using a ferrite bulk. In Example 4, a CoFeSiB multilayer film is used, and a magnetic material formed on one side of the substrate is pasted from both sides of the coil. Since Example 5 and Example 6 correspond to a thick film that is difficult to manufacture with a thin film, a CMC was configured using a ribbon manufactured by a liquid quenching method.
以上のように、従来のフェライトバルクを使ったＣＭＣに比較して、本発明になるＣＭＣは高透磁率な薄膜材料を用いることで、磁性層の厚みを薄くしても、高インダクタンス値を得ることが可能であり、本発明になる極薄なフリップチップＣＭＣを構成しても、十分良好なＱ値を得ることができた。 As described above, the CMC according to the present invention uses a high-permeability thin film material, so that a high inductance value can be obtained even if the thickness of the magnetic layer is reduced as compared with the conventional CMC using a ferrite bulk. Therefore, even when the ultra-thin flip chip CMC according to the present invention is configured, a sufficiently good Q value can be obtained.
以上説明したように、本発明によれば、全厚みが５００μｍ以下の厚みで、代表的には６０μｍ〜３００μｍの極薄でフレキシブルなフリップチップタイプのコモンモードチョークを構成でき、フレキシブルという特徴からある程度の応力による変形にも耐えるので、基板等の中にインターポーズするなどの新しい応用先が開発できる。更に、複数個を連ねることでアレーＣＭＣデバイスとしても使用することができ、応用先が広がる。 As described above, according to the present invention, an ultra-thin and flexible flip-chip type common mode choke with a total thickness of 500 μm or less, typically 60 μm to 300 μm, can be configured. Because it resists deformation due to stress, new application destinations such as interposing in a substrate can be developed. Furthermore, by connecting a plurality, it can be used as an array CMC device, and the application destinations are expanded.
本発明の薄膜磁性体を用いたインダクタによれば、小型化が必要なデバイスに用いられ、薄型に構成されたＬＣ複合部品、中でもコイル、トランス、コモンモードチョーク等の積層型のコイル部品に利用できる。 According to the inductor using the thin film magnetic material of the present invention, it is used for a device that needs to be miniaturized, and is used for a thin LC composite component, particularly a laminated coil component such as a coil, a transformer, and a common mode choke. it can.
１ 導体コイルＣ１の電極a
２ 導体コイルＣ１の電極b
３ 導体コイルＣ２の電極a
４ 導体コイルＣ２の電極b
５ フェライト基板
６ 導体コイルＣ２
７ 導体コイルＣ１
８ コイルＣ−１の引き出し線
９ コイルＣ−２の引き出し線
１０ 第１の磁性層上層
１１ 第１の樹脂基板
１２ 第１の磁性層上層
１３ 磁性層下層
１４ 樹脂基板
１５ 磁性層下層
１６ 複合磁性層上層
１７ 導体コイル
１８ 導体コイル
１９ 複合磁性層下層
２０ コイル樹脂基板
２１ 導体コイルの電極ａ
２２ 導体コイルの電極ｂ
２３ 導体コイルの電極ａ
２４ 導体コイルの電極ｂ
1 Electrode a of conductor coil C1
2 Electrode b of conductor coil C1
3 Electrode a of conductor coil C2
4 Electrode b of conductor coil C2
5 Ferrite substrate 6 Conductor coil C2
7 Conductor coil C1
8 Lead wire of coil C-1 9 Lead wire 10 of coil C-2 First magnetic layer upper layer
11 First resin substrate 12 First magnetic layer upper layer 13 Magnetic layer lower layer 14 Resin substrate 15 Magnetic layer lower layer 16 Composite magnetic layer upper layer 17 Conductor coil 18 Conductor coil 19 Composite magnetic layer
22 Conductor coil electrode b
23 Conductor coil electrode a
24 Electrode b of conductor coil
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