磁気デバイス及びその製造方法
【課題】磁気デバイス及びその製造方法において、低コストで製作でき、かつインダクタンス特性を向上する。
【解決手段】コイル1は、互いに対向した第1の磁性体基板2及び第2の磁性体基板3と、第1の磁性体基板2に設けられるループ配線4と、ループ配線4に電流が流れたときに発生する磁束が通るコア5と備え、コア5と両磁性体基板2、3とにより閉磁路を形成している。コア5は、両磁性体基板2、3間であってループ配線4の中央部及び周辺部、すなわち磁束経路として必要な部分に磁性を有するペーストにより構成されている。ループ配線4を周回するような閉磁路を形成するので、ループ配線4に所定の電流が流れたときにループ配線4を貫く磁束密度が高くなる。磁束通路として必要な部分にペーストを塗布してコア5を形成した後に、両磁性体基板2、3を貼り合わせるので、簡単な製造工程でコア5と各磁性体基板2、3とを隙間なく接合できる。
【解決手段】コイル1は、互いに対向した第1の磁性体基板2及び第2の磁性体基板3と、第1の磁性体基板2に設けられるループ配線4と、ループ配線4に電流が流れたときに発生する磁束が通るコア5と備え、コア5と両磁性体基板2、3とにより閉磁路を形成している。コア5は、両磁性体基板2、3間であってループ配線4の中央部及び周辺部、すなわち磁束経路として必要な部分に磁性を有するペーストにより構成されている。ループ配線4を周回するような閉磁路を形成するので、ループ配線4に所定の電流が流れたときにループ配線4を貫く磁束密度が高くなる。磁束通路として必要な部分にペーストを塗布してコア5を形成した後に、両磁性体基板2、3を貼り合わせるので、簡単な製造工程でコア5と各磁性体基板2、3とを隙間なく接合できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、磁気デバイス及びその製造方法に関し、特に、半導体製作技術やMEMS(Micro Electro Mechanical System)技術を用いて形成されるものに関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、この種の磁気デバイスとして、互いに対向した一対の磁性体基板の間に、ループ配線と、このループ配線に電流が流れたときに発生する磁束が通るコアとを形成して成るコイル及びトランスが知られている。例えば、このようなコイル及びトランスの構成において、NiFe合金やCo系合金等の磁性体ブロックを用いてコアを形成しておき、このコアを両磁性体基板と貼り合わせることで、コアと両磁性体基板とにより閉磁路を形成するものがある。
【0003】
ところで、上記の構成において透磁率の高い閉磁路を形成するためには、コアと各磁性体基板との間にエアギャップが生じないよう、コアの厚みの面内分布を均一に制御することが要求される。そのため、コアを平坦化する研磨工程等が必要となり、製造コストが高くなっていた。
【0004】
このような問題に対し、ループ配線を形成した磁性体基板上に磁性樹脂層を形成し、この磁性樹脂層上に他方の磁性体基板を設けることで、コアを平坦化することなくエアギャップを排除するようにした磁気素子がある(例えば、特許文献1及び2参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2007−173384号公報
【特許文献2】特開2003−347122号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、上記のような構成では、磁性樹脂層が両磁性体基板間の全領域に亘って介在するため、ループ配線により発生した磁束が拡散してループ配線内の磁束密度が減少し、インダクタンス特性が低下する。また、上記のようにトランスを構成した場合、漏れ磁束が増加してループ配線間の磁気結合度が低くなり、電力変換効率の低下を招来する。
【0007】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、低コストで製作でき、かつインダクタンス特性に優れた磁気デバイス及びその製造方法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】
【0008】
上記目的を達成するために請求項1の発明は、互いに対向した一対の磁性体基板と、前記磁性体基板の一方又は両方に設けられるループ配線と、前記ループ配線に電流が流れたときに発生する磁束が通るコアとを備え、前記コアと一対の磁性体基板とにより閉磁路を形成して成る磁気デバイスにおいて、前記コアは、両磁性体基板間であって前記ループ配線の中央部及び周辺部に磁性を有するペーストにより構成されているものである。
【0009】
請求項2の発明は、請求項1に記載の発明において、前記ペーストは、樹脂ペーストにフェライト粉末を含有して成るものである。
【0010】
請求項3の発明は、互いに対向した一対の磁性体基板の間に、ループ配線と、このループ配線に電流が流れたときに発生する磁束が通るコアとを形成し、前記コアと一対の磁性体基板とにより閉磁路を形成して成る磁気デバイスの製造方法であって、前記少なくとも一方の磁性体基板にループ配線を形成するループ配線形成工程と、前記ループ配線形成工程によりループ配線を形成した磁性体基板上のループ配線の中央部及び周辺部に磁性を有するペーストを塗布してコアを形成し、その後に、両磁性体基板を貼り合わせるコア形成工程と、を備えたものである。
【0011】
請求項4の発明は、請求項3に記載の発明において、前記コア形成工程において、磁性体基板を貼り合わせた後にペーストを硬化させるものである。
【0012】
請求項5の発明は、請求項3又は請求項4に記載の発明において、磁性体基板へのペースト塗布をスクリーン印刷により行うものである。
【0013】
請求項6の発明は、請求項3乃至請求項5のいずれか一項に記載の発明において、前記磁性体基板にループ配線を収用するための凹部を形成し、この凹部にループ配線を形成したものである。
【0014】
請求項7の発明は、請求項3乃至請求項6のいずれか一項に記載の発明において、前記一連の工程をウェハレベルで実施して磁気デバイスの構造を形成した後に、ダイシングにより各々のチップに個片化するものである。
【発明の効果】
【0015】
請求項1の発明によれば、コアが両磁性体基板間の磁束通路として必要な部分に磁性を有するペーストにより構成され、一対の磁性体基板を含めてループ配線を周回するように閉磁路を形成するので、ループ配線に所定の電流が流れたときにループ配線を貫く磁束密度を高めることができ、優れたインダクタンス特性を得ることができる。また、コアにペーストを用いることで、コアと両磁性体基板とを隙間なく接合でき、製造コストを低減することができる。
【0016】
請求項2の発明によれば、透磁率の高い閉磁路を形成することができ、インダクタンス特性がさらに向上する。
【0017】
請求項3の発明によれば、磁束通路として必要な部分に磁性を有するペーストを塗布してコアを形成した後に、両磁性体基板を貼り合わせるので、簡単な製造工程でコアと各磁性体基板とを隙間なく接合でき、しかも、コアと両磁性体基板を含めてループ配線を周回するように閉磁路を形成できる。そのため、低コストでインダクタンス特性の優れた磁気デバイスを得ることができる。
【0018】
請求項4の発明によれば、コアと両磁性体基板との接合性を高め、耐衝撃性の良い磁気デバイスを得ることができる。
【0019】
請求項5の発明によれば、磁束通路として必要箇所にペーストを塗布し、コアを所望の厚み及び形状で形成できるので、磁気デバイスの性能バラツキを無くすことができる。
【0020】
請求項6の発明によれば、両磁性体基板間の距離を狭めて磁路長の短い閉磁路を形成できるので、ループ配線により発生した磁束が閉磁路内を流れ易くなり、磁気デバイスのインダクタンス特性を高めることができる。
【0021】
請求項7の発明によれば、一連の工程をウェハレベルで実施し、複数個の磁気デバイスを一括して作製するので、寸法安定性に優れた磁気デバイスを量産することができる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】本発明の第1の実施形態に係るコイルの分解図。
【図2】上記コイルの斜視図。
【図3】(a)は図2のA−A線断面図、(b)は図2のB−B線断面図。
【図4】上記コイルの製造方法におけるループ配線形成工程の説明図。
【図5】上記製造方法におけるコア成形工程の説明図。
【図6】上記コイルの変形例を示す断面図。
【図7】本発明の第2の実施形態に係るトランスの分解図。
【図8】上記トランスの斜視図。
【図9】(a)は図8のC−C線断面図、(b)は図8のD−D線断面図。
【図10】上記トランスの製造方法におけるループ配線形成工程の説明図。
【図11】上記製造方法におけるコア成形工程の説明図。
【図12】上記トランスの変形例を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【0023】
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態に係る磁気デバイスについて図1乃至図5を参照して説明する。図1乃至図3は本実施形態に係る磁気デバイスであるコイル1の構成を示す。本コイル1は、各種電気機器の回路基板上に実装される小型コイルであって、互いに対向した第1の磁性体基板2及び第2の磁性体基板3と、第1の磁性体基板2に設けられる平面型のループ配線4と、ループ配線4に電流が流れたときに発生する磁束が通るコア5と、ループ配線4と接続され外部からの給電を受けるための一対の電極パッド6とを備える。本コイル1は略直方形状とされ、その大きさは、例えば、縦及び横寸法が2mm程度、厚みが1mm程度である。
【0024】
第1の磁性体基板2は、焼結フェライト又は複合フェライトから成る板状の磁性材料で構成される。第2の磁性体基板3は、第1の磁性体基板2と同じ構成である。ループ配線4は、第1の磁性体基板2上に薄膜金属により形成され、略方形の渦巻き形状を成すループ部を有し、渦巻き状の重なり部分において薄膜金属同士が電気的に接触しないように絶縁部7を介在している。薄膜金属としては、電気伝導性及び加工性に優れた銅や銀、アルミニウム等が挙げられる。ループ配線4の両端は本コイル1の前面側に延出し、各電極パッド6に接続されている。ループ配線4の巻き数は、本コイル1の用途に応じて適宜決定すればよく、ここでは、3ターンとされている。また、ループ配線4は、シリコン酸化膜から成る絶縁膜8により覆われている。
【0025】
コア5は、第1の磁性体基板2及び第2の磁性体基板3を含めて閉磁路を形成するものであり、第1の磁性体基板2と第2の磁性体基板3との間であってループ配線4の中央部に配される略直方形のコア中心部51と、同基板間であってループ配線4の周辺部に配される略四角枠形のコア周壁部52とを有している。コア中心部51及びコア周壁部52は、磁性を有するペーストにより構成されており、具体的に、該ペーストが第1の磁性体基板2上に塗布されることによって形成される。コア中心部51はループ配線4の内周縁に対し隙間をもって配置され、コア周壁部52はループ配線4の外周縁に対し隙間をもって配置されている。コア周壁部52の前側の一部は、ループ配線4を挿通するために開口している。
【0026】
上記のペーストは、樹脂ペーストにフェライト粉末が含有されたものであり、例えば、Ni−Cu−Zn系フェライトの磁性粉末とエポキシ系樹脂から成るペーストとを混錬して精製される。これにより、コア5と両磁性体基板2、3との接合性が向上し、しかも透磁率の高い閉磁路が形成される。各電極パッド6は、薄膜の導電部材から成り、本コイル1前面に沿って上下に伸び、上方側が第2の磁性体基板3の上面に沿うように折り曲げられ、下方側が第1の磁性体基板2の下面に沿うように折り曲げられている。上記のような構成により、例えば、各電極パッド6を介してループ配線4の両端に電圧を印加してループ配線4が励磁されたときに、上向きの磁束Mが発生した場合、磁束Mの順路は、コア中心部51→第2の磁性体基板3→コア周壁部52→第1の磁性体基板2→コア中心部51となる。発生した磁束の方向が上下逆転すると、磁束の順路も逆転する。
【0027】
図4及び図5を用いて本コイル1の製造方法について説明する。ここでは、まず、上述の図1乃至図3を参照して製造方法の概要を述べる。コイル1の製造方法は、第1の磁性体基板2にループ配線4を形成するループ配線形成工程と、ループ配線4を形成した第1の磁性体基板2にコア5を形成し、第2の磁性体基板3を貼り合わせるコア形成工程とを備える(各工程の詳細は後述)。ここで、この製造方法においては、上記一連の工程をウェハレベルで実施し、コイル1の構造を複数個一括して形成した後に、ダイシングにより各々のコイル1のチップに個片化するものとする。具体的には、2枚の磁性体ウエハを用いて、第1の磁性体基板2と第2の磁性体基板3とを各ウエハに多数個取りする。
【0028】
(ループ配線形成工程)
図4はループ配線形成工程の詳細を時系列に示す。まず、第1の磁性体基板2となる磁性体ウエハ20(12個取り仕様)に複数のループ配線4を一括形成する(a)。ループ配線4の形成方法としては、例えば、磁性体ウエハ20のループ配線不要部分をマスキング〜電気めっき〜マスク除去というパターンめっき法や、スクリーン印刷、パッド印刷等が挙げられる。次に、磁性体ウエハ20上のループ配線4及びその周囲にシリコン酸化膜により絶縁膜8を形成する(b)。絶縁膜8の形成方法として、CVD(Chemical Vapor Deposition)法が挙げられる。また、絶縁膜8は、スピンコート法やディップ法、スプレー法等を用いてポリイミド樹脂やエポキシ樹脂等により形成されたものであってもよい。
【0029】
(コア形成工程)
図5はコア形成工程の詳細を時系列に示す。まず、磁性体ウエハ20上に形成されたループ配線4の中央部及び周辺部、すなわち、磁束通路として必要な部分にペーストを塗布してコア5(斜線部)を形成する(a)。磁性体ウエハへのペースト塗布は、スクリーン印刷により行う。次に、磁性体ウエハ20と第2の磁性体基板3となる磁性体ウエハ30とを、形成したコア5を挟み込むように貼り合わせる(b)。その後、焼付乾燥を所定時間行ってペーストを硬化させる。これにより、コア5と両磁性体ウエハ20、30との接合性が高まり、コイルの耐衝撃性を向上できる。ペーストを硬化させた後、貼り合わされた両磁性体ウエハ20、30にダイシング加工と電極パッドの形成を行って、複数個のコイル1が完成する(c)。
【0030】
このように本実施形態に係るコイル1によれば、コア5が第1の磁性体基板2と第2の磁性体基板3の間であってループ配線4の中央部及び周辺部、すなわち、磁束通路として必要な部分に磁性を有するペーストにより構成され、両磁性体基板2、3を含めてループ配線4を周回するような閉磁路を形成するので、ループ配線4に所定の電流が流れたときにループ配線4を貫く磁束密度を高めることができ、優れたインダクタンス特性を得ることができる。また、磁束通路として必要な部分にペーストを塗布してコア5を形成した後に、両磁性体基板2、3を貼り合わせるので、簡単な製造工程でコア5と各磁性体基板2、3とを隙間なく接合でき、低コストでありながら、インダクタンス特性の高いコイルを製作できる。
【0031】
また、第1の磁性体基板2へのペースト塗布をスクリーン印刷により行うことで、磁束通路として必要箇所にコア5を所望の厚み及び形状で形成できるので、コイル1の性能バラツキを無くすことができる。また、コイル1の製造における一連の工程をウェハレベルで実施し、複数個のコイル1を一括して作製するので、寸法安定性に優れたコイルを量産することができる。
【0032】
次に、上記実施形態のコイル1の変形例について図6を参照して説明する。図6に示す本変形例のコイル1においては、第1の磁性体基板2にループ配線4を収用するための凹部21を形成し、この凹部21にループ配線4を形成している。また、コア5の厚みtは、上記実施形態のコイルより薄くしている。このように、コア5の厚みを小さくすれば、第1の磁性体基板と第2の磁性体基板3との間の距離が狭まり磁路長の短い閉磁路を形成できるので、ループ配線4により発生した磁束Mが閉磁路内を流れ易くなり、コイル1のインダクタンス特性が一層向上する。
【0033】
(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態に係る磁気デバイスについて図7乃至図11を参照して説明する。図7乃至図9は本実施形態に係る磁気デバイスであるトランス1の構成を示す。本トランス1は、ループ配線4に電磁結合する平面型のループ配線9を第2の磁性体基板3に備え、このループ配線9とループ配線4との間で電力の伝達を行う構成となっている。また、本トランス1の後部側には、ループ配線9と接続される一対の電極パッド10が設けられている。
【0034】
ループ配線9は、ループ配線4と対向するように配置され、これによりループ配線9の中央部にはコア中心部51が位置し、ループ配線9の周辺部にはコア周壁部52が位置している。ループ配線9の両端は本トランス1の後面側に延出し、各電極パッド10に接続されている。ループ配線9の巻き数は、ここでは1ターンとされている。ここで、ループ配線4の巻き数は、上記同様に3ターンであり、このことから、ループ配線4を1次側巻線とし、ループ配線9を2次側巻線としたとき、一次側巻線の電圧V1と2次側巻線の電圧V2の変圧比は、V1:V2=1:3となる。ループ配線9は、絶縁膜11により覆われている。上記のような構成により、例えば、各電極パッド6を介してループ配線4の両端に電圧を印加してループ配線4が励磁されたときに、ループ配線4とループ配線9の双方を鎖交する上向きの磁束Nが発生した場合、磁束Nの順路は、コア中心部51→第2の磁性体基板3→コア周壁部52→第1の磁性体基板2→コア中心部51となる。
【0035】
次に、図10及び図11を用いて本トランス1の製造方法について説明する。ここでは、まず、上述の図7乃至図9を参照して製造方法の概要を述べる。トランス1の製造方法は、第1の磁性体基板2にループ配線4を、第2の磁性体基板3にループ配線9を形成するループ配線形成工程と、ループ配線4を形成した第1の磁性体基板2にコア5を形成し、その後、ループ配線9を形成した第2の磁性体基板3を貼り合わせるコア形成工程とを備える。ここで、この製造方法は、上記同様に、2枚の磁性体ウエハを用いて多数個取りする方法である。
【0036】
(ループ配線形成工程)
図10はループ配線形成工程の詳細を時系列に示す。まず、磁性体ウエハ20に複数のループ配線4を一括形成し(a)、その後、磁性体ウエハ20上のループ配線4及びその周囲に絶縁膜8を形成する(b)。また、これとは別に、磁性体ウエハ30に複数のループ配線9を一括形成し(c)、その後、磁性体ウエハ30上のループ配線9及びその周囲に絶縁膜11を形成する(d)。ループ配線及び絶縁膜の形成方法は、上記と同様の方法である(以下、他の形成方法について同様)。
【0037】
(コア形成工程)
図11はコア形成工程の詳細を時系列に示す。まず、磁性体ウエハ20上に形成されたループ配線4の中央部及び周辺部、すなわち、磁束通路として必要な部分にペーストを塗布してコア5(斜線部)を形成する(a)。次に、磁性体ウエハ20と磁性体ウエハ30とを、磁性体ウエハ30のループ配線形成面がコア5に臨むように貼り合わせる(b)。その後、焼付乾燥を所定時間行ってペーストを硬化させる。その後、貼り合わされた両磁性体ウエハ20、30にダイシング加工と電極パッドの形成を行って、複数個のトランス1が完成する(c)。
【0038】
このように本実施形態に係るトランス1ついても、ループ配線4、9を貫く磁束密度を高めることができ、優れたインダクタンス特性を得ることができる。従って、ループ配線4、9同士が互いに電磁結合するとき、漏れ磁束の発生が減少してループ配線4とループ配線9との間の磁気結合度が高くなり、電力変換効率を向上できる。
【0039】
次に、上記実施形態のトランス1の変形例について図12を参照して説明する。図12に示す本変形例のトランス1においては、第1の磁性体基板2にループ配線4を収用するための凹部21を形成し、この凹部21にループ配線4を形成すると共に、第2の磁性体基板3にループ配線9を収用するための凹部31を形成し、この凹部31にループ配線9を形成している。このような変形例についても、コア5の厚みを小さくすれば、両磁性体基板2、3間の距離が狭まり磁路長の短い閉磁路を形成できるので、ループ配線4、9のいずれかにより発生した磁束Nが閉磁路内を流れ易くなり、トランス1のインダクタンス特性が一層向上する。
【0040】
なお、本発明は、上記各種実施形態の構成に限られず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、コア中心部51及びコア枠上部の形状は、上面視で方形に限られず、例えば、円形状であってもよい。また、コイル又はトランスの下面にのみ電極パッドを設けて、電極パッドとループ配線とをスルーホールにより導通させる構成であってもよい。
【符号の説明】
【0041】
1 コイル、トランス(磁気デバイス)
2 第1の磁性体基板
3 第2の磁性体基板
4、9 ループ配線
5 コア
21 凹部
31 凹部
【技術分野】
【0001】
本発明は、磁気デバイス及びその製造方法に関し、特に、半導体製作技術やMEMS(Micro Electro Mechanical System)技術を用いて形成されるものに関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、この種の磁気デバイスとして、互いに対向した一対の磁性体基板の間に、ループ配線と、このループ配線に電流が流れたときに発生する磁束が通るコアとを形成して成るコイル及びトランスが知られている。例えば、このようなコイル及びトランスの構成において、NiFe合金やCo系合金等の磁性体ブロックを用いてコアを形成しておき、このコアを両磁性体基板と貼り合わせることで、コアと両磁性体基板とにより閉磁路を形成するものがある。
【0003】
ところで、上記の構成において透磁率の高い閉磁路を形成するためには、コアと各磁性体基板との間にエアギャップが生じないよう、コアの厚みの面内分布を均一に制御することが要求される。そのため、コアを平坦化する研磨工程等が必要となり、製造コストが高くなっていた。
【0004】
このような問題に対し、ループ配線を形成した磁性体基板上に磁性樹脂層を形成し、この磁性樹脂層上に他方の磁性体基板を設けることで、コアを平坦化することなくエアギャップを排除するようにした磁気素子がある(例えば、特許文献1及び2参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2007−173384号公報
【特許文献2】特開2003−347122号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、上記のような構成では、磁性樹脂層が両磁性体基板間の全領域に亘って介在するため、ループ配線により発生した磁束が拡散してループ配線内の磁束密度が減少し、インダクタンス特性が低下する。また、上記のようにトランスを構成した場合、漏れ磁束が増加してループ配線間の磁気結合度が低くなり、電力変換効率の低下を招来する。
【0007】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、低コストで製作でき、かつインダクタンス特性に優れた磁気デバイス及びその製造方法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】
【0008】
上記目的を達成するために請求項1の発明は、互いに対向した一対の磁性体基板と、前記磁性体基板の一方又は両方に設けられるループ配線と、前記ループ配線に電流が流れたときに発生する磁束が通るコアとを備え、前記コアと一対の磁性体基板とにより閉磁路を形成して成る磁気デバイスにおいて、前記コアは、両磁性体基板間であって前記ループ配線の中央部及び周辺部に磁性を有するペーストにより構成されているものである。
【0009】
請求項2の発明は、請求項1に記載の発明において、前記ペーストは、樹脂ペーストにフェライト粉末を含有して成るものである。
【0010】
請求項3の発明は、互いに対向した一対の磁性体基板の間に、ループ配線と、このループ配線に電流が流れたときに発生する磁束が通るコアとを形成し、前記コアと一対の磁性体基板とにより閉磁路を形成して成る磁気デバイスの製造方法であって、前記少なくとも一方の磁性体基板にループ配線を形成するループ配線形成工程と、前記ループ配線形成工程によりループ配線を形成した磁性体基板上のループ配線の中央部及び周辺部に磁性を有するペーストを塗布してコアを形成し、その後に、両磁性体基板を貼り合わせるコア形成工程と、を備えたものである。
【0011】
請求項4の発明は、請求項3に記載の発明において、前記コア形成工程において、磁性体基板を貼り合わせた後にペーストを硬化させるものである。
【0012】
請求項5の発明は、請求項3又は請求項4に記載の発明において、磁性体基板へのペースト塗布をスクリーン印刷により行うものである。
【0013】
請求項6の発明は、請求項3乃至請求項5のいずれか一項に記載の発明において、前記磁性体基板にループ配線を収用するための凹部を形成し、この凹部にループ配線を形成したものである。
【0014】
請求項7の発明は、請求項3乃至請求項6のいずれか一項に記載の発明において、前記一連の工程をウェハレベルで実施して磁気デバイスの構造を形成した後に、ダイシングにより各々のチップに個片化するものである。
【発明の効果】
【0015】
請求項1の発明によれば、コアが両磁性体基板間の磁束通路として必要な部分に磁性を有するペーストにより構成され、一対の磁性体基板を含めてループ配線を周回するように閉磁路を形成するので、ループ配線に所定の電流が流れたときにループ配線を貫く磁束密度を高めることができ、優れたインダクタンス特性を得ることができる。また、コアにペーストを用いることで、コアと両磁性体基板とを隙間なく接合でき、製造コストを低減することができる。
【0016】
請求項2の発明によれば、透磁率の高い閉磁路を形成することができ、インダクタンス特性がさらに向上する。
【0017】
請求項3の発明によれば、磁束通路として必要な部分に磁性を有するペーストを塗布してコアを形成した後に、両磁性体基板を貼り合わせるので、簡単な製造工程でコアと各磁性体基板とを隙間なく接合でき、しかも、コアと両磁性体基板を含めてループ配線を周回するように閉磁路を形成できる。そのため、低コストでインダクタンス特性の優れた磁気デバイスを得ることができる。
【0018】
請求項4の発明によれば、コアと両磁性体基板との接合性を高め、耐衝撃性の良い磁気デバイスを得ることができる。
【0019】
請求項5の発明によれば、磁束通路として必要箇所にペーストを塗布し、コアを所望の厚み及び形状で形成できるので、磁気デバイスの性能バラツキを無くすことができる。
【0020】
請求項6の発明によれば、両磁性体基板間の距離を狭めて磁路長の短い閉磁路を形成できるので、ループ配線により発生した磁束が閉磁路内を流れ易くなり、磁気デバイスのインダクタンス特性を高めることができる。
【0021】
請求項7の発明によれば、一連の工程をウェハレベルで実施し、複数個の磁気デバイスを一括して作製するので、寸法安定性に優れた磁気デバイスを量産することができる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】本発明の第1の実施形態に係るコイルの分解図。
【図2】上記コイルの斜視図。
【図3】(a)は図2のA−A線断面図、(b)は図2のB−B線断面図。
【図4】上記コイルの製造方法におけるループ配線形成工程の説明図。
【図5】上記製造方法におけるコア成形工程の説明図。
【図6】上記コイルの変形例を示す断面図。
【図7】本発明の第2の実施形態に係るトランスの分解図。
【図8】上記トランスの斜視図。
【図9】(a)は図8のC−C線断面図、(b)は図8のD−D線断面図。
【図10】上記トランスの製造方法におけるループ配線形成工程の説明図。
【図11】上記製造方法におけるコア成形工程の説明図。
【図12】上記トランスの変形例を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【0023】
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態に係る磁気デバイスについて図1乃至図5を参照して説明する。図1乃至図3は本実施形態に係る磁気デバイスであるコイル1の構成を示す。本コイル1は、各種電気機器の回路基板上に実装される小型コイルであって、互いに対向した第1の磁性体基板2及び第2の磁性体基板3と、第1の磁性体基板2に設けられる平面型のループ配線4と、ループ配線4に電流が流れたときに発生する磁束が通るコア5と、ループ配線4と接続され外部からの給電を受けるための一対の電極パッド6とを備える。本コイル1は略直方形状とされ、その大きさは、例えば、縦及び横寸法が2mm程度、厚みが1mm程度である。
【0024】
第1の磁性体基板2は、焼結フェライト又は複合フェライトから成る板状の磁性材料で構成される。第2の磁性体基板3は、第1の磁性体基板2と同じ構成である。ループ配線4は、第1の磁性体基板2上に薄膜金属により形成され、略方形の渦巻き形状を成すループ部を有し、渦巻き状の重なり部分において薄膜金属同士が電気的に接触しないように絶縁部7を介在している。薄膜金属としては、電気伝導性及び加工性に優れた銅や銀、アルミニウム等が挙げられる。ループ配線4の両端は本コイル1の前面側に延出し、各電極パッド6に接続されている。ループ配線4の巻き数は、本コイル1の用途に応じて適宜決定すればよく、ここでは、3ターンとされている。また、ループ配線4は、シリコン酸化膜から成る絶縁膜8により覆われている。
【0025】
コア5は、第1の磁性体基板2及び第2の磁性体基板3を含めて閉磁路を形成するものであり、第1の磁性体基板2と第2の磁性体基板3との間であってループ配線4の中央部に配される略直方形のコア中心部51と、同基板間であってループ配線4の周辺部に配される略四角枠形のコア周壁部52とを有している。コア中心部51及びコア周壁部52は、磁性を有するペーストにより構成されており、具体的に、該ペーストが第1の磁性体基板2上に塗布されることによって形成される。コア中心部51はループ配線4の内周縁に対し隙間をもって配置され、コア周壁部52はループ配線4の外周縁に対し隙間をもって配置されている。コア周壁部52の前側の一部は、ループ配線4を挿通するために開口している。
【0026】
上記のペーストは、樹脂ペーストにフェライト粉末が含有されたものであり、例えば、Ni−Cu−Zn系フェライトの磁性粉末とエポキシ系樹脂から成るペーストとを混錬して精製される。これにより、コア5と両磁性体基板2、3との接合性が向上し、しかも透磁率の高い閉磁路が形成される。各電極パッド6は、薄膜の導電部材から成り、本コイル1前面に沿って上下に伸び、上方側が第2の磁性体基板3の上面に沿うように折り曲げられ、下方側が第1の磁性体基板2の下面に沿うように折り曲げられている。上記のような構成により、例えば、各電極パッド6を介してループ配線4の両端に電圧を印加してループ配線4が励磁されたときに、上向きの磁束Mが発生した場合、磁束Mの順路は、コア中心部51→第2の磁性体基板3→コア周壁部52→第1の磁性体基板2→コア中心部51となる。発生した磁束の方向が上下逆転すると、磁束の順路も逆転する。
【0027】
図4及び図5を用いて本コイル1の製造方法について説明する。ここでは、まず、上述の図1乃至図3を参照して製造方法の概要を述べる。コイル1の製造方法は、第1の磁性体基板2にループ配線4を形成するループ配線形成工程と、ループ配線4を形成した第1の磁性体基板2にコア5を形成し、第2の磁性体基板3を貼り合わせるコア形成工程とを備える(各工程の詳細は後述)。ここで、この製造方法においては、上記一連の工程をウェハレベルで実施し、コイル1の構造を複数個一括して形成した後に、ダイシングにより各々のコイル1のチップに個片化するものとする。具体的には、2枚の磁性体ウエハを用いて、第1の磁性体基板2と第2の磁性体基板3とを各ウエハに多数個取りする。
【0028】
(ループ配線形成工程)
図4はループ配線形成工程の詳細を時系列に示す。まず、第1の磁性体基板2となる磁性体ウエハ20(12個取り仕様)に複数のループ配線4を一括形成する(a)。ループ配線4の形成方法としては、例えば、磁性体ウエハ20のループ配線不要部分をマスキング〜電気めっき〜マスク除去というパターンめっき法や、スクリーン印刷、パッド印刷等が挙げられる。次に、磁性体ウエハ20上のループ配線4及びその周囲にシリコン酸化膜により絶縁膜8を形成する(b)。絶縁膜8の形成方法として、CVD(Chemical Vapor Deposition)法が挙げられる。また、絶縁膜8は、スピンコート法やディップ法、スプレー法等を用いてポリイミド樹脂やエポキシ樹脂等により形成されたものであってもよい。
【0029】
(コア形成工程)
図5はコア形成工程の詳細を時系列に示す。まず、磁性体ウエハ20上に形成されたループ配線4の中央部及び周辺部、すなわち、磁束通路として必要な部分にペーストを塗布してコア5(斜線部)を形成する(a)。磁性体ウエハへのペースト塗布は、スクリーン印刷により行う。次に、磁性体ウエハ20と第2の磁性体基板3となる磁性体ウエハ30とを、形成したコア5を挟み込むように貼り合わせる(b)。その後、焼付乾燥を所定時間行ってペーストを硬化させる。これにより、コア5と両磁性体ウエハ20、30との接合性が高まり、コイルの耐衝撃性を向上できる。ペーストを硬化させた後、貼り合わされた両磁性体ウエハ20、30にダイシング加工と電極パッドの形成を行って、複数個のコイル1が完成する(c)。
【0030】
このように本実施形態に係るコイル1によれば、コア5が第1の磁性体基板2と第2の磁性体基板3の間であってループ配線4の中央部及び周辺部、すなわち、磁束通路として必要な部分に磁性を有するペーストにより構成され、両磁性体基板2、3を含めてループ配線4を周回するような閉磁路を形成するので、ループ配線4に所定の電流が流れたときにループ配線4を貫く磁束密度を高めることができ、優れたインダクタンス特性を得ることができる。また、磁束通路として必要な部分にペーストを塗布してコア5を形成した後に、両磁性体基板2、3を貼り合わせるので、簡単な製造工程でコア5と各磁性体基板2、3とを隙間なく接合でき、低コストでありながら、インダクタンス特性の高いコイルを製作できる。
【0031】
また、第1の磁性体基板2へのペースト塗布をスクリーン印刷により行うことで、磁束通路として必要箇所にコア5を所望の厚み及び形状で形成できるので、コイル1の性能バラツキを無くすことができる。また、コイル1の製造における一連の工程をウェハレベルで実施し、複数個のコイル1を一括して作製するので、寸法安定性に優れたコイルを量産することができる。
【0032】
次に、上記実施形態のコイル1の変形例について図6を参照して説明する。図6に示す本変形例のコイル1においては、第1の磁性体基板2にループ配線4を収用するための凹部21を形成し、この凹部21にループ配線4を形成している。また、コア5の厚みtは、上記実施形態のコイルより薄くしている。このように、コア5の厚みを小さくすれば、第1の磁性体基板と第2の磁性体基板3との間の距離が狭まり磁路長の短い閉磁路を形成できるので、ループ配線4により発生した磁束Mが閉磁路内を流れ易くなり、コイル1のインダクタンス特性が一層向上する。
【0033】
(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態に係る磁気デバイスについて図7乃至図11を参照して説明する。図7乃至図9は本実施形態に係る磁気デバイスであるトランス1の構成を示す。本トランス1は、ループ配線4に電磁結合する平面型のループ配線9を第2の磁性体基板3に備え、このループ配線9とループ配線4との間で電力の伝達を行う構成となっている。また、本トランス1の後部側には、ループ配線9と接続される一対の電極パッド10が設けられている。
【0034】
ループ配線9は、ループ配線4と対向するように配置され、これによりループ配線9の中央部にはコア中心部51が位置し、ループ配線9の周辺部にはコア周壁部52が位置している。ループ配線9の両端は本トランス1の後面側に延出し、各電極パッド10に接続されている。ループ配線9の巻き数は、ここでは1ターンとされている。ここで、ループ配線4の巻き数は、上記同様に3ターンであり、このことから、ループ配線4を1次側巻線とし、ループ配線9を2次側巻線としたとき、一次側巻線の電圧V1と2次側巻線の電圧V2の変圧比は、V1:V2=1:3となる。ループ配線9は、絶縁膜11により覆われている。上記のような構成により、例えば、各電極パッド6を介してループ配線4の両端に電圧を印加してループ配線4が励磁されたときに、ループ配線4とループ配線9の双方を鎖交する上向きの磁束Nが発生した場合、磁束Nの順路は、コア中心部51→第2の磁性体基板3→コア周壁部52→第1の磁性体基板2→コア中心部51となる。
【0035】
次に、図10及び図11を用いて本トランス1の製造方法について説明する。ここでは、まず、上述の図7乃至図9を参照して製造方法の概要を述べる。トランス1の製造方法は、第1の磁性体基板2にループ配線4を、第2の磁性体基板3にループ配線9を形成するループ配線形成工程と、ループ配線4を形成した第1の磁性体基板2にコア5を形成し、その後、ループ配線9を形成した第2の磁性体基板3を貼り合わせるコア形成工程とを備える。ここで、この製造方法は、上記同様に、2枚の磁性体ウエハを用いて多数個取りする方法である。
【0036】
(ループ配線形成工程)
図10はループ配線形成工程の詳細を時系列に示す。まず、磁性体ウエハ20に複数のループ配線4を一括形成し(a)、その後、磁性体ウエハ20上のループ配線4及びその周囲に絶縁膜8を形成する(b)。また、これとは別に、磁性体ウエハ30に複数のループ配線9を一括形成し(c)、その後、磁性体ウエハ30上のループ配線9及びその周囲に絶縁膜11を形成する(d)。ループ配線及び絶縁膜の形成方法は、上記と同様の方法である(以下、他の形成方法について同様)。
【0037】
(コア形成工程)
図11はコア形成工程の詳細を時系列に示す。まず、磁性体ウエハ20上に形成されたループ配線4の中央部及び周辺部、すなわち、磁束通路として必要な部分にペーストを塗布してコア5(斜線部)を形成する(a)。次に、磁性体ウエハ20と磁性体ウエハ30とを、磁性体ウエハ30のループ配線形成面がコア5に臨むように貼り合わせる(b)。その後、焼付乾燥を所定時間行ってペーストを硬化させる。その後、貼り合わされた両磁性体ウエハ20、30にダイシング加工と電極パッドの形成を行って、複数個のトランス1が完成する(c)。
【0038】
このように本実施形態に係るトランス1ついても、ループ配線4、9を貫く磁束密度を高めることができ、優れたインダクタンス特性を得ることができる。従って、ループ配線4、9同士が互いに電磁結合するとき、漏れ磁束の発生が減少してループ配線4とループ配線9との間の磁気結合度が高くなり、電力変換効率を向上できる。
【0039】
次に、上記実施形態のトランス1の変形例について図12を参照して説明する。図12に示す本変形例のトランス1においては、第1の磁性体基板2にループ配線4を収用するための凹部21を形成し、この凹部21にループ配線4を形成すると共に、第2の磁性体基板3にループ配線9を収用するための凹部31を形成し、この凹部31にループ配線9を形成している。このような変形例についても、コア5の厚みを小さくすれば、両磁性体基板2、3間の距離が狭まり磁路長の短い閉磁路を形成できるので、ループ配線4、9のいずれかにより発生した磁束Nが閉磁路内を流れ易くなり、トランス1のインダクタンス特性が一層向上する。
【0040】
なお、本発明は、上記各種実施形態の構成に限られず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、コア中心部51及びコア枠上部の形状は、上面視で方形に限られず、例えば、円形状であってもよい。また、コイル又はトランスの下面にのみ電極パッドを設けて、電極パッドとループ配線とをスルーホールにより導通させる構成であってもよい。
【符号の説明】
【0041】
1 コイル、トランス(磁気デバイス)
2 第1の磁性体基板
3 第2の磁性体基板
4、9 ループ配線
5 コア
21 凹部
31 凹部
【特許請求の範囲】
【請求項1】
互いに対向した一対の磁性体基板と、前記磁性体基板の一方又は両方に設けられるループ配線と、前記ループ配線に電流が流れたときに発生する磁束が通るコアとを備え、前記コアと一対の磁性体基板とにより閉磁路を形成して成る磁気デバイスにおいて、
前記コアは、両磁性体基板間であって前記ループ配線の中央部及び周辺部に磁性を有するペーストにより構成されていることを特徴とする磁気デバイス。
【請求項2】
前記ペーストは、樹脂ペーストにフェライト粉末を含有して成ることを特徴とする請求項1に記載の磁気デバイス。
【請求項3】
互いに対向した一対の磁性体基板の間に、ループ配線と、このループ配線に電流が流れたときに発生する磁束が通るコアとを形成し、前記コアと一対の磁性体基板とにより閉磁路を形成して成る磁気デバイスの製造方法であって、
前記少なくとも一方の磁性体基板にループ配線を形成するループ配線形成工程と、
前記ループ配線形成工程によりループ配線を形成した磁性体基板上のループ配線の中央部及び周辺部に磁性を有するペーストを塗布してコアを形成し、その後に、両磁性体基板を貼り合わせるコア形成工程と、を備えたことを特徴とする磁気デバイスの製造方法。
【請求項4】
前記コア形成工程において、磁性体基板を貼り合わせた後にペーストを硬化させることを特徴とする請求項3に記載の磁気デバイスの製造方法。
【請求項5】
磁性体基板へのペースト塗布をスクリーン印刷により行うことを特徴とする請求項3又は請求項4に記載の磁気デバイスの製造方法。
【請求項6】
前記磁性体基板にループ配線を収用するための凹部を形成し、この凹部にループ配線を形成したことを特徴とする請求項3乃至請求項5のいずれか一項に記載の磁気デバイスの製造方法。
【請求項7】
前記一連の工程をウェハレベルで実施して磁気デバイスの構造を形成した後に、ダイシングにより各々のチップに個片化することを特徴とする請求項3乃至請求項6のいずれか一項に記載の磁気デバイスの製造方法。
【請求項1】
互いに対向した一対の磁性体基板と、前記磁性体基板の一方又は両方に設けられるループ配線と、前記ループ配線に電流が流れたときに発生する磁束が通るコアとを備え、前記コアと一対の磁性体基板とにより閉磁路を形成して成る磁気デバイスにおいて、
前記コアは、両磁性体基板間であって前記ループ配線の中央部及び周辺部に磁性を有するペーストにより構成されていることを特徴とする磁気デバイス。
【請求項2】
前記ペーストは、樹脂ペーストにフェライト粉末を含有して成ることを特徴とする請求項1に記載の磁気デバイス。
【請求項3】
互いに対向した一対の磁性体基板の間に、ループ配線と、このループ配線に電流が流れたときに発生する磁束が通るコアとを形成し、前記コアと一対の磁性体基板とにより閉磁路を形成して成る磁気デバイスの製造方法であって、
前記少なくとも一方の磁性体基板にループ配線を形成するループ配線形成工程と、
前記ループ配線形成工程によりループ配線を形成した磁性体基板上のループ配線の中央部及び周辺部に磁性を有するペーストを塗布してコアを形成し、その後に、両磁性体基板を貼り合わせるコア形成工程と、を備えたことを特徴とする磁気デバイスの製造方法。
【請求項4】
前記コア形成工程において、磁性体基板を貼り合わせた後にペーストを硬化させることを特徴とする請求項3に記載の磁気デバイスの製造方法。
【請求項5】
磁性体基板へのペースト塗布をスクリーン印刷により行うことを特徴とする請求項3又は請求項4に記載の磁気デバイスの製造方法。
【請求項6】
前記磁性体基板にループ配線を収用するための凹部を形成し、この凹部にループ配線を形成したことを特徴とする請求項3乃至請求項5のいずれか一項に記載の磁気デバイスの製造方法。
【請求項7】
前記一連の工程をウェハレベルで実施して磁気デバイスの構造を形成した後に、ダイシングにより各々のチップに個片化することを特徴とする請求項3乃至請求項6のいずれか一項に記載の磁気デバイスの製造方法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【公開番号】特開2011−77372(P2011−77372A)
【公開日】平成23年4月14日(2011.4.14)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−228388(P2009−228388)
【出願日】平成21年9月30日(2009.9.30)
【出願人】(000005832)パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成23年4月14日(2011.4.14)
【国際特許分類】
【出願日】平成21年9月30日(2009.9.30)
【出願人】(000005832)パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Fターム(参考)】
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