JPH0677055A - 平面磁気素子 - Google Patents
平面磁気素子Info
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- JPH0677055A JPH0677055A JP22846192A JP22846192A JPH0677055A JP H0677055 A JPH0677055 A JP H0677055A JP 22846192 A JP22846192 A JP 22846192A JP 22846192 A JP22846192 A JP 22846192A JP H0677055 A JPH0677055 A JP H0677055A
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- magnetic material
- plane
- planar
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Abstract
(57)【要約】
【目的】軟磁性体の面内に発生するうず電流を抑制する
ことにより軟磁性体の高周波鉄損を低減させ、品質係数
Ｑの高い平面インダクタや平面トランスなどの平面磁気
素子を提供する。 【構成】スパイラル平面コイル１、絶縁体２および軟磁
性体３を積層して構成される平面磁気素子において、軟
磁性体３と同一の平面に高抵抗領域４を形成して軟磁性
体３の面内に発生するうず電流を細分化する。
ことにより軟磁性体の高周波鉄損を低減させ、品質係数
Ｑの高い平面インダクタや平面トランスなどの平面磁気
素子を提供する。 【構成】スパイラル平面コイル１、絶縁体２および軟磁
性体３を積層して構成される平面磁気素子において、軟
磁性体３と同一の平面に高抵抗領域４を形成して軟磁性
体３の面内に発生するうず電流を細分化する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、平面インダクタや平面
トランスなどの平面磁気素子に関する。
トランスなどの平面磁気素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、各種電子機器の小型・軽量化が盛
んに進められている。これは、半導体プロセス技術によ
る各種回路のＬＳＩ化によるところが大きい。しかし、
各種回路に電力を供給する電源部分は集積化が遅れてお
り、電子機器全体に占めるその体積の割合は増大の一途
を辿っている。電源部分の小型化を阻害している最大の
要因は、インダクタやトランスなどの磁気部品にあり、
その特有の巻線構造のため小型・薄型化が困難である。
んに進められている。これは、半導体プロセス技術によ
る各種回路のＬＳＩ化によるところが大きい。しかし、
各種回路に電力を供給する電源部分は集積化が遅れてお
り、電子機器全体に占めるその体積の割合は増大の一途
を辿っている。電源部分の小型化を阻害している最大の
要因は、インダクタやトランスなどの磁気部品にあり、
その特有の巻線構造のため小型・薄型化が困難である。
【０００３】こういった背景から、磁気部品の平面化あ
るいは薄膜化への技術開発が活発になっている（例え
ば、白川ら；電気学会マグネティックス研究会資料ＭＡ
Ｇ−９２−１４）。
るいは薄膜化への技術開発が活発になっている（例え
ば、白川ら；電気学会マグネティックス研究会資料ＭＡ
Ｇ−９２−１４）。
【０００４】平面磁気素子において、磁気シールド特性
に優れ、素子の単位占有面積当たりのインダクタンスの
大きい素子構造としてはスパイラル平面コイルを軟磁性
体でサンドイッチした平面インダクタ構造が良く知られ
ている（例えば、Ｋａｗａｂｅら；ＩＥＥＥ Ｔｒａｎ
ｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ， ＭＡ
Ｇ−２０，ｐ．１８０４（１９８４））。このような平
面磁気素子を実用化するには、使用される周波数帯域で
十分に低損失であることが必要であり、高周波鉄損の少
ない軟磁性材料を用いる必要がある。しかし、軟磁性材
料単独で測定される高周波鉄損が十分に小さくても、そ
れを実際に平面磁気素子を適用した場合には、予測され
る特性よりもはるかに劣った素子特性しか得られないこ
とが多い。このため、従来の平面磁気素子は、高周波特
性に劣り、品質係数Ｑが低く、実用化にほど遠いのが実
情である。
に優れ、素子の単位占有面積当たりのインダクタンスの
大きい素子構造としてはスパイラル平面コイルを軟磁性
体でサンドイッチした平面インダクタ構造が良く知られ
ている（例えば、Ｋａｗａｂｅら；ＩＥＥＥ Ｔｒａｎ
ｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ， ＭＡ
Ｇ−２０，ｐ．１８０４（１９８４））。このような平
面磁気素子を実用化するには、使用される周波数帯域で
十分に低損失であることが必要であり、高周波鉄損の少
ない軟磁性材料を用いる必要がある。しかし、軟磁性材
料単独で測定される高周波鉄損が十分に小さくても、そ
れを実際に平面磁気素子を適用した場合には、予測され
る特性よりもはるかに劣った素子特性しか得られないこ
とが多い。このため、従来の平面磁気素子は、高周波特
性に劣り、品質係数Ｑが低く、実用化にほど遠いのが実
情である。
【０００５】以下、その理由についてより詳細に説明す
る。図９に軟磁性体３／絶縁体２／スパイラル平面コイ
ル１／絶縁体２／軟磁性体３というサンドイッチ構造の
平面インダクタンスの磁束分布を示す。図中のＢ1 は軟
磁性体の面内磁束成分、Ｂ2は軟磁性体の面に垂直な磁
束成分を表す。ここで、下記（１）式で示される特性長
λを導入する。 λ＝（μ0 ・μs ・ｇ・ｔ／２）1/2 （１）
る。図９に軟磁性体３／絶縁体２／スパイラル平面コイ
ル１／絶縁体２／軟磁性体３というサンドイッチ構造の
平面インダクタンスの磁束分布を示す。図中のＢ1 は軟
磁性体の面内磁束成分、Ｂ2は軟磁性体の面に垂直な磁
束成分を表す。ここで、下記（１）式で示される特性長
λを導入する。 λ＝（μ0 ・μs ・ｇ・ｔ／２）1/2 （１）
【０００６】（１）式において、μ0 は真空透磁率、μ
s は軟磁性体の比透磁率、ｇは上下の軟磁性体間のギャ
ップ長、ｔは軟磁性体の厚さである。特性長λは長さの
次元を持ち、ある基準の位置からＢ1 およびＢ2 がｅ-1
に減衰する位置までの距離を意味する。実際に、スパイ
ラルコイルの巻数が２８、軟磁性体の比透磁率μs が１
５００、軟磁性体の厚さｔが２μｍ、上下軟磁性体のギ
ャップ長ｇが２０μｍの平面インダクタについて、Ｂ1
およびＢ2 を調べた。この場合、特性長λは１７３．２
μｍである。
s は軟磁性体の比透磁率、ｇは上下の軟磁性体間のギャ
ップ長、ｔは軟磁性体の厚さである。特性長λは長さの
次元を持ち、ある基準の位置からＢ1 およびＢ2 がｅ-1
に減衰する位置までの距離を意味する。実際に、スパイ
ラルコイルの巻数が２８、軟磁性体の比透磁率μs が１
５００、軟磁性体の厚さｔが２μｍ、上下軟磁性体のギ
ャップ長ｇが２０μｍの平面インダクタについて、Ｂ1
およびＢ2 を調べた。この場合、特性長λは１７３．２
μｍである。
【０００７】図１０（ａ）および（ｂ）は、スパイラル
コイルを構成する導体に関して、ライン幅＝３０μｍ、
スペース幅＝７５μｍであり、スペース幅ｓが特性長λ
の約２／５である場合のＢ1 およびＢ2 の変化を示す。
図１１（ａ）および（ｂ）は、スパイラルコイルを構成
する導体に関して、ライン幅＝１００μｍ、スペース幅
＝５μｍであり、スペース幅ｓが特性長λの約１／３５
である場合のＢ1 およびＢ2 の変化を示す。これらの図
から容易にわかるように、Ｂ2 を減らすためには、ｓ＜
＜λとする必要がある。
コイルを構成する導体に関して、ライン幅＝３０μｍ、
スペース幅＝７５μｍであり、スペース幅ｓが特性長λ
の約２／５である場合のＢ1 およびＢ2 の変化を示す。
図１１（ａ）および（ｂ）は、スパイラルコイルを構成
する導体に関して、ライン幅＝１００μｍ、スペース幅
＝５μｍであり、スペース幅ｓが特性長λの約１／３５
である場合のＢ1 およびＢ2 の変化を示す。これらの図
から容易にわかるように、Ｂ2 を減らすためには、ｓ＜
＜λとする必要がある。
【０００８】図１２は、平面インダクタの軟磁性体損失
成分ＲMAG.のコイルパラメータｄ／ｐ依存性を示すもの
である。ｐは導体ピッチであり、ライン幅をｄ、スペー
ス幅をｓとして、ｐ＝ｄ＋ｓで表される。すなわち、ｓ
→０のとき、ｐ→１となる。この図から明らかなよう
に、ｓを小さくすることにより、ＲMAG.を小さくできる
ことがわかる。これはｓを小さくすることによってＢ2
を小さくできることによる。しかし、ｓを極限の状態
（ｓ→０）にしても依然としてＲMAG.は存在する。ｓ→
０のときのＲMAG.には、軟磁性体の面内磁束成分Ｂ1 に
よるもののほかに、Ｂ2 によるものも依然として含まれ
ている。これは、図１０（ｂ）および図１１（ｂ）から
もわかるように、スパイラル平面コイルの中心部付近お
よび端部付近では、原理的にＢ2 を零にできないためで
ある。
成分ＲMAG.のコイルパラメータｄ／ｐ依存性を示すもの
である。ｐは導体ピッチであり、ライン幅をｄ、スペー
ス幅をｓとして、ｐ＝ｄ＋ｓで表される。すなわち、ｓ
→０のとき、ｐ→１となる。この図から明らかなよう
に、ｓを小さくすることにより、ＲMAG.を小さくできる
ことがわかる。これはｓを小さくすることによってＢ2
を小さくできることによる。しかし、ｓを極限の状態
（ｓ→０）にしても依然としてＲMAG.は存在する。ｓ→
０のときのＲMAG.には、軟磁性体の面内磁束成分Ｂ1 に
よるもののほかに、Ｂ2 によるものも依然として含まれ
ている。これは、図１０（ｂ）および図１１（ｂ）から
もわかるように、スパイラル平面コイルの中心部付近お
よび端部付近では、原理的にＢ2 を零にできないためで
ある。
【０００９】図１３に軟磁性体の面に垂直な磁束成分に
よって発生する面内うず電流を模式的に示す。図１４に
図１１（ｂ）をもとにして計算した軟磁性体の面内うず
電流の空間分布を示す。この図から、面内うず電流は軟
磁性体の広い範囲にわたって発生していることがわか
る。このようにＢ2 によって発生する高周波うず電流は
軟磁性体の面内を広範囲に流れるため、Ｂ1 による場合
に比べはるかに損失が大きくなる。
よって発生する面内うず電流を模式的に示す。図１４に
図１１（ｂ）をもとにして計算した軟磁性体の面内うず
電流の空間分布を示す。この図から、面内うず電流は軟
磁性体の広い範囲にわたって発生していることがわか
る。このようにＢ2 によって発生する高周波うず電流は
軟磁性体の面内を広範囲に流れるため、Ｂ1 による場合
に比べはるかに損失が大きくなる。
【００１０】以上のように、特性の良好な軟磁性体を用
いた場合でも、実際の平面磁気素子では良好な特性を得
ることが困難である理由は、Ｂ2 に伴ううず電流損が加
わっていることによる。
いた場合でも、実際の平面磁気素子では良好な特性を得
ることが困難である理由は、Ｂ2 に伴ううず電流損が加
わっていることによる。
【００１１】一般に、うず電流損を低減させる方法とし
ては、（ｉ）軟磁性体の抵抗率を上げる、（ii）軟磁性
体薄膜または薄板の厚さを薄くし、かつ絶縁体と積層化
する、(iii) 磁区の細分化を図る、などが有効である。
平面磁気素子の高周波特性を改善するためにも、これら
の要件を満たす材料を用いればよいと考えられる。しか
し、（ｉ）に関しては、抵抗率の高い材料は通常、飽和
磁束密度が低いという欠点を有する。（ii）、(iii) に
関しては、平面磁気素子における軟磁性体の面に垂直な
磁束成分によるうず電流の軽減に対してほとんど期待で
きない。
ては、（ｉ）軟磁性体の抵抗率を上げる、（ii）軟磁性
体薄膜または薄板の厚さを薄くし、かつ絶縁体と積層化
する、(iii) 磁区の細分化を図る、などが有効である。
平面磁気素子の高周波特性を改善するためにも、これら
の要件を満たす材料を用いればよいと考えられる。しか
し、（ｉ）に関しては、抵抗率の高い材料は通常、飽和
磁束密度が低いという欠点を有する。（ii）、(iii) に
関しては、平面磁気素子における軟磁性体の面に垂直な
磁束成分によるうず電流の軽減に対してほとんど期待で
きない。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、軟磁
性体の面内に発生するうず電流を抑制することにより軟
磁性体の高周波鉄損を低減させ、品質係数Ｑの高い平面
インダクタや平面トランスなどの平面磁気素子を提供す
ることにある。
性体の面内に発生するうず電流を抑制することにより軟
磁性体の高周波鉄損を低減させ、品質係数Ｑの高い平面
インダクタや平面トランスなどの平面磁気素子を提供す
ることにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明の平面磁気素子
は、スパイラル平面コイル、絶縁体および軟磁性体を積
層して構成される平面磁気素子において、軟磁性体と同
一の平面に高抵抗領域を形成したことを特徴とするもの
である。以下、本発明をさらに詳細に説明する。
は、スパイラル平面コイル、絶縁体および軟磁性体を積
層して構成される平面磁気素子において、軟磁性体と同
一の平面に高抵抗領域を形成したことを特徴とするもの
である。以下、本発明をさらに詳細に説明する。
【００１４】本発明において、平面磁気素子を構成する
スパイラルコイルの形状は特に制約されない。すなわ
ち、円形、正方形、長方形、楕円形、その他の複合型な
ど、コイル導体が同一面上でうずを巻く構造が部分的で
も含まれているものならば全ての平面コイルが含まれ
る。
スパイラルコイルの形状は特に制約されない。すなわ
ち、円形、正方形、長方形、楕円形、その他の複合型な
ど、コイル導体が同一面上でうずを巻く構造が部分的で
も含まれているものならば全ての平面コイルが含まれ
る。
【００１５】本発明の平面磁気素子に用いられる軟磁性
体としては、Ｆｅ系、Ｃｏ系、ＦｅＣｏ系の合金が挙げ
られる。これらの軟磁性体の結晶構造は特に限定され
ず、単結晶、多結晶（微結晶を含む）、非晶質のいずれ
でもよい。その飽和磁束密度は１テスラ以上、保磁力は
１エルステッド以下であることが望ましい。
体としては、Ｆｅ系、Ｃｏ系、ＦｅＣｏ系の合金が挙げ
られる。これらの軟磁性体の結晶構造は特に限定され
ず、単結晶、多結晶（微結晶を含む）、非晶質のいずれ
でもよい。その飽和磁束密度は１テスラ以上、保磁力は
１エルステッド以下であることが望ましい。
【００１６】本発明の平面磁気素子は、抵抗率の低い高
飽和磁束密度の軟磁性体と同一の平面に高抵抗領域を形
成することにより、面内うず電流の通路を強制的に遮断
し、高周波損失の低減を図るものである。すなわち、う
ず電流の大きさは磁束密度の二乗に比例し、抵抗率に反
比例する。したがって、軟磁性体の面内を流れるうず電
流の通路に高抵抗領域が形成されると、うず電流の通路
が細分化され、これによって高周波損失を低減できる。
飽和磁束密度の軟磁性体と同一の平面に高抵抗領域を形
成することにより、面内うず電流の通路を強制的に遮断
し、高周波損失の低減を図るものである。すなわち、う
ず電流の大きさは磁束密度の二乗に比例し、抵抗率に反
比例する。したがって、軟磁性体の面内を流れるうず電
流の通路に高抵抗領域が形成されると、うず電流の通路
が細分化され、これによって高周波損失を低減できる。
【００１７】本発明においては、軟磁性体と同一の平面
に形成される高抵抗領域は、軟磁性体の面内磁束の流れ
易さを阻害しないように配置される。最も有効な方法
は、軟磁性体と高抵抗領域との境界を磁束の流れる方向
と平行にすることである。図１（ａ）および（ｂ）に、
円形スパイラルコイル１の両面に、絶縁体２を介して軟
磁性体３および高抵抗領域４が同一の平面に形成された
平面インダクタの一例を示す。図２に、軟磁性体３と同
一の平面に高抵抗領域４が形成されたことによって、軟
磁性体の面に垂直な磁束成分によるうず電流の通路が細
分化される様子を模式的に示す。このような構成によ
り、軟磁性体の面内うず電流の通路を強制的に遮断でき
るため、高周波損失を低減できる。
に形成される高抵抗領域は、軟磁性体の面内磁束の流れ
易さを阻害しないように配置される。最も有効な方法
は、軟磁性体と高抵抗領域との境界を磁束の流れる方向
と平行にすることである。図１（ａ）および（ｂ）に、
円形スパイラルコイル１の両面に、絶縁体２を介して軟
磁性体３および高抵抗領域４が同一の平面に形成された
平面インダクタの一例を示す。図２に、軟磁性体３と同
一の平面に高抵抗領域４が形成されたことによって、軟
磁性体の面に垂直な磁束成分によるうず電流の通路が細
分化される様子を模式的に示す。このような構成によ
り、軟磁性体の面内うず電流の通路を強制的に遮断でき
るため、高周波損失を低減できる。
【００１８】高抵抗領域を構成する材料としては、
（Ａ）高抵抗率軟磁性体、（Ｂ）軟磁性体の構成材料の
酸化物、窒化物、ホウ化物、（Ｃ）絶縁体などが挙げら
れる。なお、磁束のもれを防止する観点からは、高抵抗
領域も軟磁性体で構成することが好ましい。
（Ａ）高抵抗率軟磁性体、（Ｂ）軟磁性体の構成材料の
酸化物、窒化物、ホウ化物、（Ｃ）絶縁体などが挙げら
れる。なお、磁束のもれを防止する観点からは、高抵抗
領域も軟磁性体で構成することが好ましい。
【００１９】高抵抗率軟磁性体としては、マンガン−亜
鉛系フェライト、ニッケル−亜鉛系フェライトなどの酸
化物軟磁性材料、または絶縁樹脂中に軟磁性微粉子を分
散させた軟磁性体分散型絶縁体が挙げられる。また、１
層の厚さが２０００オングストローム以下の金属軟磁性
体と絶縁体とを積層した多層構造材料を用いてもよい。
このような多層構造材料は、金属軟磁性体を薄くしたこ
とにより伝導電子の表面散乱確率が増大するため高抵抗
となる（金原；薄膜の基本技術、ｐ．１５９〜１６６、
東京大学出版会、１９８７年初版）。この場合、例えば
所定形状に成形された高飽和磁束密度金属軟磁性体の薄
帯片と高抵抗率軟磁性体とを組み合わせることにより、
高抵抗領域が形成される。
鉛系フェライト、ニッケル−亜鉛系フェライトなどの酸
化物軟磁性材料、または絶縁樹脂中に軟磁性微粉子を分
散させた軟磁性体分散型絶縁体が挙げられる。また、１
層の厚さが２０００オングストローム以下の金属軟磁性
体と絶縁体とを積層した多層構造材料を用いてもよい。
このような多層構造材料は、金属軟磁性体を薄くしたこ
とにより伝導電子の表面散乱確率が増大するため高抵抗
となる（金原；薄膜の基本技術、ｐ．１５９〜１６６、
東京大学出版会、１９８７年初版）。この場合、例えば
所定形状に成形された高飽和磁束密度金属軟磁性体の薄
帯片と高抵抗率軟磁性体とを組み合わせることにより、
高抵抗領域が形成される。
【００２０】軟磁性体の酸化物、窒化物、ホウ化物など
からなる高抵抗領域の形成方法としては、（ａ）酸素、
窒素、ホウ素などのイオンを注入する方法、（ｂ）酸素
または窒素雰囲気中で熱処理する方法、（ｃ）酸素また
は窒素プラズマ中で処理する方法、などが考えられる
が、これらの方法に限定されない。これらの方法を図３
を参照して説明する。この場合、下地１１上に軟磁性体
３を形成し、軟磁性体３上に酸化膜などからなる適当な
マスク１２を形成して、イオン注入、雰囲気中熱処理、
プラズマ処理する。マスク１２は、開口した処理窓が軟
磁性体の面内磁束が流れる方向と平行になるようにパタ
ーニングされる。これらの方法のうち、イオン注入によ
る方法では、酸化物、窒化物、硼化物などを形成される
とともに、軟磁性体として結晶質の金属を用いた場合に
は部分的な非晶質への変態も期待できる。
からなる高抵抗領域の形成方法としては、（ａ）酸素、
窒素、ホウ素などのイオンを注入する方法、（ｂ）酸素
または窒素雰囲気中で熱処理する方法、（ｃ）酸素また
は窒素プラズマ中で処理する方法、などが考えられる
が、これらの方法に限定されない。これらの方法を図３
を参照して説明する。この場合、下地１１上に軟磁性体
３を形成し、軟磁性体３上に酸化膜などからなる適当な
マスク１２を形成して、イオン注入、雰囲気中熱処理、
プラズマ処理する。マスク１２は、開口した処理窓が軟
磁性体の面内磁束が流れる方向と平行になるようにパタ
ーニングされる。これらの方法のうち、イオン注入によ
る方法では、酸化物、窒化物、硼化物などを形成される
とともに、軟磁性体として結晶質の金属を用いた場合に
は部分的な非晶質への変態も期待できる。
【００２１】絶縁体からなる高抵抗領域の形成方法を図
４（ａ）および（ｂ）を参照して説明する。図４（ａ）
に示すように、下地１１上に軟磁性体３を形成し、ウェ
ットエッチング、ドライエッチングあるいはレジストリ
フトオフ法などにより軟磁性体３に溝加工を施す。この
溝は、軟磁性体の面内磁束が流れる方向と平行になるよ
うにパターニングされる。図４（ａ）に示すように、全
面に高抵抗の絶縁体５を堆積し、軟磁性体３の溝に絶縁
体５を埋め込み、さらに平坦化処理を行う。この埋め込
まれた部分が高抵抗領域４となる。
４（ａ）および（ｂ）を参照して説明する。図４（ａ）
に示すように、下地１１上に軟磁性体３を形成し、ウェ
ットエッチング、ドライエッチングあるいはレジストリ
フトオフ法などにより軟磁性体３に溝加工を施す。この
溝は、軟磁性体の面内磁束が流れる方向と平行になるよ
うにパターニングされる。図４（ａ）に示すように、全
面に高抵抗の絶縁体５を堆積し、軟磁性体３の溝に絶縁
体５を埋め込み、さらに平坦化処理を行う。この埋め込
まれた部分が高抵抗領域４となる。
【００２２】ただし、薄膜プロセスによる場合、軟磁性
体として部分的に酸化物磁性体（および酸化物磁性体粒
子を分散させた絶縁樹脂も含む）を形成する際には、素
子を構成する材料の耐熱温度を考慮して形成温度を決定
する。
体として部分的に酸化物磁性体（および酸化物磁性体粒
子を分散させた絶縁樹脂も含む）を形成する際には、素
子を構成する材料の耐熱温度を考慮して形成温度を決定
する。
【００２３】次に、図５に高抵抗領域による軟磁性体の
分割数と、軟磁性体の面内うず電流による損失との関係
を示す。横軸は分割数を示し、例えばｎ＝０は分割な
し、ｎ＝２は２分割を意味する。この図から、ｎ≧４と
することによって、面内うず電流による損失を半分以下
に低減できることがわかる。
分割数と、軟磁性体の面内うず電流による損失との関係
を示す。横軸は分割数を示し、例えばｎ＝０は分割な
し、ｎ＝２は２分割を意味する。この図から、ｎ≧４と
することによって、面内うず電流による損失を半分以下
に低減できることがわかる。
【００２４】また、前述したように、スパイラル平面コ
イルの形状は特に限定されない。そして、軟磁性体と同
一の平面に形成される高抵抗領域のパターンは、スパイ
ラルコイルの形状に応じて、軟磁性体の面内を流れる磁
束の方向と平行になるように決定される。種々の形状の
スパイラル平面コイルを用いた場合の高抵抗領域のパタ
ーンの例を図６〜図８にそれぞれ示す。図６は正方形ス
パイラルコイルの場合、図７は長方形スパイラスコイル
の場合、図８は長方形ダブルスパイラルコイルの場合で
ある。
イルの形状は特に限定されない。そして、軟磁性体と同
一の平面に形成される高抵抗領域のパターンは、スパイ
ラルコイルの形状に応じて、軟磁性体の面内を流れる磁
束の方向と平行になるように決定される。種々の形状の
スパイラル平面コイルを用いた場合の高抵抗領域のパタ
ーンの例を図６〜図８にそれぞれ示す。図６は正方形ス
パイラルコイルの場合、図７は長方形スパイラスコイル
の場合、図８は長方形ダブルスパイラルコイルの場合で
ある。
【００２５】なお、本発明の構成を採用したとしても、
前述したように面内磁束成分によるうず電流損は依然と
して残存している。これを抑制するには前述した
（ｉ）、（ii）、(iii) の手段が有効であり、本発明と
組み合わせることにより、全うず電流損の低減を図るこ
とができる。また、以上では平面インダクタについて説
明したが、平面トランスに関しても全く同様に高周波特
性の改善が期待できる。
前述したように面内磁束成分によるうず電流損は依然と
して残存している。これを抑制するには前述した
（ｉ）、（ii）、(iii) の手段が有効であり、本発明と
組み合わせることにより、全うず電流損の低減を図るこ
とができる。また、以上では平面インダクタについて説
明したが、平面トランスに関しても全く同様に高周波特
性の改善が期待できる。
【００２６】
【実施例】以下に本発明の実施例を述べる。 実施例１
【００２７】ポリイミドフィルムからなる基板に銅箔を
接着し、この銅箔をウェットエッチングによって加工
し、円形スパイラルコイルを形成した。この円形スパイ
ラルコイルのもう一方の面にもポリイミドフィルムを接
着した。高飽和磁束密度軟磁性体として、溶湯急冷法で
作製した厚さ１５μｍのＣｏ系アモルファス薄帯を５ｍ
ｍ角に切断した。高抵抗率軟磁性体として、厚さ１５μ
ｍ、幅１ｍｍ、長さ５ｍｍのニッケル−亜鉛系フェライ
ト片を用意した。これらのＣｏ系アモルファス薄帯およ
びニッケル−亜鉛系フェライト片を組み合わせて、軟磁
性体および高抵抗領域を形成した。すなわち、この軟磁
性体層は４分割されており、中心部に１ｍｍ×１ｍｍの
孔があいている。この孔はスパイラルコイルの端子取り
出し部として利用される。このようにして作製された積
層接着型平面インダクタのサイズは１１ｍｍ角、厚さ
０．５ｍｍである。
接着し、この銅箔をウェットエッチングによって加工
し、円形スパイラルコイルを形成した。この円形スパイ
ラルコイルのもう一方の面にもポリイミドフィルムを接
着した。高飽和磁束密度軟磁性体として、溶湯急冷法で
作製した厚さ１５μｍのＣｏ系アモルファス薄帯を５ｍ
ｍ角に切断した。高抵抗率軟磁性体として、厚さ１５μ
ｍ、幅１ｍｍ、長さ５ｍｍのニッケル−亜鉛系フェライ
ト片を用意した。これらのＣｏ系アモルファス薄帯およ
びニッケル−亜鉛系フェライト片を組み合わせて、軟磁
性体および高抵抗領域を形成した。すなわち、この軟磁
性体層は４分割されており、中心部に１ｍｍ×１ｍｍの
孔があいている。この孔はスパイラルコイルの端子取り
出し部として利用される。このようにして作製された積
層接着型平面インダクタのサイズは１１ｍｍ角、厚さ
０．５ｍｍである。
【００２８】この平面インダクタに関しては、５００ｋ
Ｈｚにおける品質係数Ｑ値は１５であった。一方、Ｃｏ
系アモルファス薄帯のみを用いた場合（分割しない場
合）、品質係数Ｑ値は約８であった。 実施例２
Ｈｚにおける品質係数Ｑ値は１５であった。一方、Ｃｏ
系アモルファス薄帯のみを用いた場合（分割しない場
合）、品質係数Ｑ値は約８であった。 実施例２
【００２９】基板上に、薄膜プロセスにより下部軟磁性
薄膜として２μｍ厚ＣｏＦｅＳｉＢアモルファス膜を形
成した。レジストリフトオフ法によって、ＣｏＦｅＳｉ
Ｂアモルファス膜の中心から放射方向に幅５μｍの溝を
４本形成した。この上に、粒径０．５μｍのマンガン−
亜鉛系軟磁性フェライト粒子を絶縁樹脂中に分散させた
ペーストをスピンコート法によって塗布し、２００℃の
温度で加熱硬化させた。このフェライトペーストは粘度
が１０００ｃｐ以下と低いため、下地に塗布した場合に
表面が平坦化される。この場合、塗布−加熱後の表面の
凹凸は下地の段差の１／５０以下になった。このフェラ
イト分散樹脂層上に、薄膜プロセスによりＣｕ円形スパ
イラルコイルを形成した。さらに、前記と同様な方法に
より、フェライト分散樹脂層、中心から放射方向に幅５
μｍの溝が４本形成された上部軟磁性薄膜およびフェラ
イト分散樹脂層を順次形成し、平面インダクタを製造し
た。
薄膜として２μｍ厚ＣｏＦｅＳｉＢアモルファス膜を形
成した。レジストリフトオフ法によって、ＣｏＦｅＳｉ
Ｂアモルファス膜の中心から放射方向に幅５μｍの溝を
４本形成した。この上に、粒径０．５μｍのマンガン−
亜鉛系軟磁性フェライト粒子を絶縁樹脂中に分散させた
ペーストをスピンコート法によって塗布し、２００℃の
温度で加熱硬化させた。このフェライトペーストは粘度
が１０００ｃｐ以下と低いため、下地に塗布した場合に
表面が平坦化される。この場合、塗布−加熱後の表面の
凹凸は下地の段差の１／５０以下になった。このフェラ
イト分散樹脂層上に、薄膜プロセスによりＣｕ円形スパ
イラルコイルを形成した。さらに、前記と同様な方法に
より、フェライト分散樹脂層、中心から放射方向に幅５
μｍの溝が４本形成された上部軟磁性薄膜およびフェラ
イト分散樹脂層を順次形成し、平面インダクタを製造し
た。
【００３０】この平面インダクタでは、フェライト分散
樹脂層は、下部軟磁性薄膜とＣｕスパイラルコイル間お
よびＣｕスパイラルコイルと上部軟磁性薄膜間の層間絶
縁層、ならびに上部軟磁性薄膜の最終保護層としても用
いられている。
樹脂層は、下部軟磁性薄膜とＣｕスパイラルコイル間お
よびＣｕスパイラルコイルと上部軟磁性薄膜間の層間絶
縁層、ならびに上部軟磁性薄膜の最終保護層としても用
いられている。
【００３１】本実施例の平面インダクタでは、高周波品
質係数が改善されるばかりでなく、フェライト分散樹脂
層の埋め込みおよび平坦化が容易であるため、プロセス
を簡略化できる。 実施例３
質係数が改善されるばかりでなく、フェライト分散樹脂
層の埋め込みおよび平坦化が容易であるため、プロセス
を簡略化できる。 実施例３
【００３２】基板上にイオンビームスパッタ法により高
飽和磁束密度軟磁性薄膜として１μｍ厚のＦｅ80Ｃｏ20
膜を形成した。Ｆｅ80Ｃｏ20膜上に、マスクとなるＳｉ
Ｏ2膜を形成した。フォトリソグラフィーと反応性イオ
ンエッチングにより、このＳｉＯ2 膜に磁束の通る方向
と平行に幅２μｍのイオン注入窓を図６に示すように形
成した。このＳｉＯ2 膜パターンをマスクとして、１０
20／ｃｍ2 のドーズ量で酸素をイオン注入し、軟磁性薄
膜の酸化物からなる高抵抗領域を形成した。電気抵抗率
は、非注入領域では１０μΩ・ｃｍであり、イオン注入
領域では１０００μΩ・ｃｍとなった。この上に、ＲＦ
スパッタ法により層間絶縁膜として２μｍ厚のＳｉＯ2
膜を形成した。この上に、１０μｍ厚の１次側Ｃｕ正方
形スパイラルコイルを形成した。さらに、層間絶縁膜と
してＳｉＯ2 膜、２次側Ｃｕ正方形スパイラルコイル、
層間絶縁膜としてＳｉＯ2 膜、高飽和磁束密度軟磁性薄
膜としてＦｅ80Ｃｏ20膜を形成し、前記と同様に選択的
に酸素をイオン注入して軟磁性薄膜の酸化物からなる高
抵抗領域を形成した。これらの工程により平面トランス
を製造した。
飽和磁束密度軟磁性薄膜として１μｍ厚のＦｅ80Ｃｏ20
膜を形成した。Ｆｅ80Ｃｏ20膜上に、マスクとなるＳｉ
Ｏ2膜を形成した。フォトリソグラフィーと反応性イオ
ンエッチングにより、このＳｉＯ2 膜に磁束の通る方向
と平行に幅２μｍのイオン注入窓を図６に示すように形
成した。このＳｉＯ2 膜パターンをマスクとして、１０
20／ｃｍ2 のドーズ量で酸素をイオン注入し、軟磁性薄
膜の酸化物からなる高抵抗領域を形成した。電気抵抗率
は、非注入領域では１０μΩ・ｃｍであり、イオン注入
領域では１０００μΩ・ｃｍとなった。この上に、ＲＦ
スパッタ法により層間絶縁膜として２μｍ厚のＳｉＯ2
膜を形成した。この上に、１０μｍ厚の１次側Ｃｕ正方
形スパイラルコイルを形成した。さらに、層間絶縁膜と
してＳｉＯ2 膜、２次側Ｃｕ正方形スパイラルコイル、
層間絶縁膜としてＳｉＯ2 膜、高飽和磁束密度軟磁性薄
膜としてＦｅ80Ｃｏ20膜を形成し、前記と同様に選択的
に酸素をイオン注入して軟磁性薄膜の酸化物からなる高
抵抗領域を形成した。これらの工程により平面トランス
を製造した。
【００３３】本実施例の平面トランスに関しては、１０
ＭＨｚにおける品質係数Ｑ値は１５であった。この値
は、Ｆｅ80Ｃｏ20膜にイオン注入せずに作製された平面
トランスの２倍の値であった。 実施例４
ＭＨｚにおける品質係数Ｑ値は１５であった。この値
は、Ｆｅ80Ｃｏ20膜にイオン注入せずに作製された平面
トランスの２倍の値であった。 実施例４
【００３４】基板上に、薄膜プロセスにより下部軟磁性
薄膜として実施例２と同一の２μｍ厚ＣｏＦｅＳｉＢア
モルファス膜を形成した。この上に、ＳｉＯ2 膜パター
ンからなるマスクを形成した。圧力４０Ｐａの酸素ガス
中に２００ＷのＲＦ電力を供給してＲＦプラズマを発生
させ、軟磁性薄膜の露出した領域をプラズマ処理した。
この結果、プラズマ処理領域は未処理領域に対して電気
抵抗率が５倍になった。さらに、Ｃｕスパイラルコイ
ル、層間絶縁膜としてＳｉＯ2 膜、上部軟磁性薄膜を形
成し、前記と同様にプラズマ処理して高抵抗領域を形成
した。これらの工程により平面インダクタを製造した。
薄膜として実施例２と同一の２μｍ厚ＣｏＦｅＳｉＢア
モルファス膜を形成した。この上に、ＳｉＯ2 膜パター
ンからなるマスクを形成した。圧力４０Ｐａの酸素ガス
中に２００ＷのＲＦ電力を供給してＲＦプラズマを発生
させ、軟磁性薄膜の露出した領域をプラズマ処理した。
この結果、プラズマ処理領域は未処理領域に対して電気
抵抗率が５倍になった。さらに、Ｃｕスパイラルコイ
ル、層間絶縁膜としてＳｉＯ2 膜、上部軟磁性薄膜を形
成し、前記と同様にプラズマ処理して高抵抗領域を形成
した。これらの工程により平面インダクタを製造した。
【００３５】本実施例の平面インダクタに関しては、１
０ＭＨｚにおける品質係数Ｑ値は１１であった。この値
は、ＣｏＦｅＳｉＢアモルファス膜にプラズマ処理せず
に作製された平面トランスの１．５倍の値であった。
０ＭＨｚにおける品質係数Ｑ値は１１であった。この値
は、ＣｏＦｅＳｉＢアモルファス膜にプラズマ処理せず
に作製された平面トランスの１．５倍の値であった。
【００３６】
【発明の効果】以上詳述したように本発明の平面磁気素
子によれば、軟磁性体層を部分的に高抵抗化することに
より、軟磁性層の面内に発生するうず電流を抑制でき、
高周波特性を向上させる効果が極めて大きい。
子によれば、軟磁性体層を部分的に高抵抗化することに
より、軟磁性層の面内に発生するうず電流を抑制でき、
高周波特性を向上させる効果が極めて大きい。
【図１】（ａ）は本発明に係る平面磁気素子の平面図、
（ｂ）は断面図。
（ｂ）は断面図。
【図２】本発明の平面磁気素子の軟磁性体の面内に発生
するうず電流を示す模式図。
するうず電流を示す模式図。
【図３】本発明の平面磁気素子の軟磁性体と同一の平面
に高抵抗領域を形成する方法を示す断面図。
に高抵抗領域を形成する方法を示す断面図。
【図４】（ａ）、（ｂ）は本発明の平面磁気素子の軟磁
性体の同一の平面に高抵抗領域を形成する方法を示す断
面図。
性体の同一の平面に高抵抗領域を形成する方法を示す断
面図。
【図５】本発明の平面磁気素子について、高抵抗領域に
よる軟磁性体の分割数と面内うず電流による損失との関
係を示す特性図。
よる軟磁性体の分割数と面内うず電流による損失との関
係を示す特性図。
【図６】（ａ）は本発明に係る正方形スパイラルコイル
を用いた平面磁気素子の平面図、（ｂ）は断面図。
を用いた平面磁気素子の平面図、（ｂ）は断面図。
【図７】（ａ）は本発明に係る長方形スパイラルコイル
を用いた平面磁気素子の平面図、（ｂ）は断面図。
を用いた平面磁気素子の平面図、（ｂ）は断面図。
【図８】（ａ）は本発明に係る長方形ダブルスパイラル
コイルを用いた平面磁気素子の平面図、（ｂ）は断面
図。
コイルを用いた平面磁気素子の平面図、（ｂ）は断面
図。
【図９】従来の平面磁気素子における磁束密度分布を示
す断面図。
す断面図。
【図１０】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、従来の平面
磁気素子のスパイラルコイルを構成する導体に関して、
スペース幅ｓが特性長λの約２／５である場合のＢ1 お
よびＢ2 の変化を示す特性図。
磁気素子のスパイラルコイルを構成する導体に関して、
スペース幅ｓが特性長λの約２／５である場合のＢ1 お
よびＢ2 の変化を示す特性図。
【図１１】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、従来の平面
磁気素子のスパイラルコイルを構成する導体に関して、
スペース幅ｓが特性長λの約１／３５である場合のＢ1
およびＢ2 の変化を示す特性図。
磁気素子のスパイラルコイルを構成する導体に関して、
スペース幅ｓが特性長λの約１／３５である場合のＢ1
およびＢ2 の変化を示す特性図。
【図１２】従来の平面磁気素子について、コイルパラメ
ータと損失抵抗との関係を示す特性図。
ータと損失抵抗との関係を示す特性図。
【図１３】従来の平面磁気素子の軟磁性体の面内に発生
するうず電流を示す模式図。
するうず電流を示す模式図。
【図１４】従来の平面磁気素子の軟磁性体の面内に発生
するうず電流の空間分布を示す図。
するうず電流の空間分布を示す図。
１…スパイラルコイル、２…絶縁体、３…軟磁性体、４
…高抵抗領域、１１…基板、１２…マスク。
…高抵抗領域、１１…基板、１２…マスク。
Claims (1)
- 【請求項１】 スパイラル平面コイル、絶縁体および軟
磁性体を積層して構成される平面磁気素子において、軟
磁性体と同一の平面に高抵抗領域を形成したことを特徴
とする平面磁気素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22846192A JPH0677055A (ja) | 1992-08-27 | 1992-08-27 | 平面磁気素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22846192A JPH0677055A (ja) | 1992-08-27 | 1992-08-27 | 平面磁気素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0677055A true JPH0677055A (ja) | 1994-03-18 |
Family
ID=16876853
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22846192A Pending JPH0677055A (ja) | 1992-08-27 | 1992-08-27 | 平面磁気素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0677055A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6831543B2 (en) | 2000-02-28 | 2004-12-14 | Kawatetsu Mining Co., Ltd. | Surface mounting type planar magnetic device and production method thereof |
| US7151429B2 (en) | 2001-12-06 | 2006-12-19 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Inductor element having a high quality factor |
| JP2007294881A (ja) * | 2006-03-31 | 2007-11-08 | Tdk Corp | 薄膜磁気デバイス |
| JP2014176131A (ja) * | 2013-03-06 | 2014-09-22 | Toshiba Corp | コイル、受電装置、及び送電装置 |
| WO2016035818A1 (ja) * | 2014-09-03 | 2016-03-10 | ローム株式会社 | 磁性構造体、インダクタンス素子およびその製造方法、電極内蔵基板およびその製造方法、インターポーザ、シールド基板およびモジュール |
| JP2016178275A (ja) * | 2015-03-18 | 2016-10-06 | サムソン エレクトロ−メカニックス カンパニーリミテッド． | パワーインダクタ |
| CN112236928A (zh) * | 2018-08-17 | 2021-01-15 | 株式会社村田制作所 | 开关电源装置 |
-
1992
- 1992-08-27 JP JP22846192A patent/JPH0677055A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6831543B2 (en) | 2000-02-28 | 2004-12-14 | Kawatetsu Mining Co., Ltd. | Surface mounting type planar magnetic device and production method thereof |
| US6903645B2 (en) | 2000-02-28 | 2005-06-07 | Kawatetsu Mining Co., Ltd. | Surface mounting type planar magnetic device and production method thereof |
| US7151429B2 (en) | 2001-12-06 | 2006-12-19 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Inductor element having a high quality factor |
| JP2007294881A (ja) * | 2006-03-31 | 2007-11-08 | Tdk Corp | 薄膜磁気デバイス |
| JP2014176131A (ja) * | 2013-03-06 | 2014-09-22 | Toshiba Corp | コイル、受電装置、及び送電装置 |
| US10256038B2 (en) | 2013-03-06 | 2019-04-09 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Coil, power receiving apparatus, and power transmitting apparatus |
| WO2016035818A1 (ja) * | 2014-09-03 | 2016-03-10 | ローム株式会社 | 磁性構造体、インダクタンス素子およびその製造方法、電極内蔵基板およびその製造方法、インターポーザ、シールド基板およびモジュール |
| JP2016178275A (ja) * | 2015-03-18 | 2016-10-06 | サムソン エレクトロ−メカニックス カンパニーリミテッド． | パワーインダクタ |
| CN112236928A (zh) * | 2018-08-17 | 2021-01-15 | 株式会社村田制作所 | 开关电源装置 |
| US11909310B2 (en) | 2018-08-17 | 2024-02-20 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Switching power supply device |
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