説明

磁気デバイス素子、それを含む電子デバイス及び磁気デバイス素子の製造方法

【課題】小型化及び薄型化を図りながらも、磁性コアに巻線を施す方法で作製される磁気デバイス素子と同等以上の特性を得ることができる磁気デバイス素子、それを含む電子デバイス及び磁気デバイス素子の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明のインダクタは、プリント配線基板1上に複数の配線パターン2が形成され、その上に内部磁性コア3が取り付けられている。また、内部磁性コア2を挟んで隣り合う配線パターン2がボンディングワイヤ4で接続され、ボンディングワイヤ4の上部及び周辺部を覆うように磁性樹脂5が形成されている。さらに磁性樹脂5の上部には外部磁性コア6が取り付けられている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、磁気デバイス素子、それを含む電子デバイス及び磁気デバイス素子の製造方法に関し、特にプリント配線基板上に作製するインダクタ、トランス、フィルタ、磁気センサ等の磁気デバイス素子、それを含む電子デバイス及び磁気デバイス素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、ボンディングワイヤを用いてプリント配線基板上にコイルを形成することにより作製されるインダクタ、トランス、磁気センサ、フィルタ、磁気センサ等の磁気デバイス素子は、プリント配線基板に設けられた下側コイルとなる配線パターン上に内部磁性コアを設け、それぞれの配線パターンを上側コイルとなるボンディングワイヤで接続することにより作製されている。この技術は、例えば特開2005−39023号公報、特開平8−162329号公報に記載されている。
【特許文献1】特開2005−39023号公報
【特許文献2】特開平8−162329号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
これらの磁気デバイス素子は小型化及び薄型化を図りながらも、磁性コアに巻線を施す方法で作製される磁気デバイスと同等の特性を得ることが求められている。しかしながら、薄型化のためにはボンディングワイヤのワイヤループ高さを低くする必要があり、そのためには内部磁性コアを小さくしなければならず、これにより特性の劣化を招くという問題があった。さらにこの従来構造は、磁気回路的に閉ループ構造を確保できていないため、漏れ磁界が発生する。これによっても、特性劣化を生じるとともに電磁ノイズの発生源となるため、磁気デバイス素子を配置した周辺の部品及び周辺機器に悪影響を及ぼすという問題もあった。
【0004】
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、小型化及び薄型化を図りながらも、磁性コアに巻線を施す方法で作製される磁気デバイス素子と同等以上の特性を得ることができる磁気デバイス素子、それを含む電子デバイス及び磁気デバイス素子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】
【0005】
上記課題を解決するために、本発明の請求項1記載の磁気デバイス素子は、下側コイルとなる配線パターンを設けたプリント配線基板上に内部磁性コアを設け、前記配線パターン間を上側コイルとなるボンディングワイヤで接続してなる磁気デバイス素子において、前記ボンディングワイヤを傾斜させることにより高さを制御し、前記ボンディングワイヤを含むプリント配線基板上に磁性粉と樹脂を混合させてなる磁性樹脂を塗布し、さらに前記磁性樹脂上に外部磁性コアを貼り付けたことを特徴とする。
【0006】
また、請求項2記載の磁気デバイス素子は、請求項1記載の磁気デバイス素子において、前記磁性樹脂の磁性粉をフェライト粉又は鉄粉とし、磁性粉と樹脂の混合比率を30〜70%としたことを特徴とする。
【0007】
また、請求項3記載の磁気デバイス素子は、請求項1又は請求項2記載の磁気デバイス素子において、前記内部磁性コアの上面形状をC面エッジ形状としたことを特徴とする。
【0008】
また、請求項4記載の磁気デバイス素子は、請求項1又は請求項2記載の磁気デバイス素子において、前記内部磁性コアの上面形状をR形状としたことを特徴とする。
【0009】
また、請求項5記載の磁気デバイス素子は、請求項1〜請求項4記載の磁気デバイス素子において、前記内部磁性コアの表面に高透率磁性薄膜を設けたことを特徴とする。
【0010】
また、請求項6記載の磁気デバイス素子は、請求項1〜請求項4記載の磁気デバイス素子において、前記内部磁性コアを高透率磁性薄膜で形成したことを特徴とする。
【0011】
また、請求項7記載の磁気デバイス素子は、請求項1〜請求項6記載の磁気デバイス素子において、前記内部磁性コアの形状を閉ループ形状としたことを特徴とする。
【0012】
また、請求項8記載の電子デバイスは、請求項1〜請求項7記載の磁気デバイス素子を設けたプリント配線基板上に半導体チップをベアチップ実装し、1パッケージの製品としたことを特徴とする。
【0013】
また、請求項9記載の電子デバイスは、請求項1〜請求項7記載の磁気デバイス素子を設けたプリント配線基板上に受動部品や半導体部品を実装してモジュール化したことを特徴とする。
【0014】
また、請求項10記載の磁気デバイス素子の製造方法は、請求項1〜請求項7記載の磁気デバイス素子を製造する方法において、配線パターンを設けたプリント配線基板に内部磁性コアを液状もしくはシート状の絶縁樹脂を介して配置する工程と、隣り合う前記配線パターンをボンディングワイヤを用いて接続する工程と、前記ボンディングワイヤの高さを高さ制御手段により精度良く制御する工程と、前記ボンディングワイヤの上部及び周辺部に磁性樹脂を塗布する工程と、前記磁性樹脂の上部に外部磁性コアを配置する工程を含むことを特徴とする。
【0015】
本発明によれば、プリント配線基板の配線パターンとボンディングワイヤによりコイルを形成する方式の磁気デバイス素子において、ボンディングワイヤを傾斜させ高さを低く制御することにより、ワイヤループ形状に関係なく低背の磁気デバイスを製造できる。また、ボンディングワイヤの上部及び周辺部に磁性樹脂を塗布し、さらにその上に外部磁性コアを貼り付けることにより、閉ループ形状化を図ることができ、磁気デバイス素子の特性を大きく向上させるとともに電磁ノイズの発生を防ぐことができる。
【発明の効果】
【0016】
本発明によれば、プリント配線基板上に内部磁性コアを配置し、配線パターン間をボンディングワイヤで接続してコイルを形成する。さらにボンディングワイヤの高さを調整し、その上に磁性樹脂及び上部磁性コアを配置する。これにより、小型でかつ薄型の磁気デバイス素子を作製することができ、さらに磁性コアに巻線を施す方法で作製された磁気デバイス素子と同等以上の特性を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0017】
小型で薄型な外形形状を実現するという目的を、プリント配線基板上の配線パターンを、内部磁性コアをはさんでボンディングワイヤで接続してコイルを作製し、プリント配線基板とボンディングワイヤ上に配置する外部磁性コアを磁性樹脂を介してサンドイッチすることにより、磁気デバイス素子の性能を損なわずに実現した。
【実施例1】
【0018】
以下、本発明について請求項順に図面を参照しながら説明する。
【0019】
図1(a)は、請求項1及び請求項2記載の発明の磁気デバイス素子を用いた第1実施例のインダクタの断面図、図1(b)は、図1(a)の上面図である。図1(a)、(b)に示すように、本発明のインダクタは、プリント配線基板1上に複数の配線パターン2が形成され、その上に内部磁性コア3が取り付けられている。また、内部磁性コア2を挟んで隣り合う配線パターン2がボンディングワイヤ4で接続され、ボンディングワイヤ4の上部及び周辺部を覆うように磁性樹脂5が形成されている。さらに磁性樹脂5の上部には外部磁性コア6が取り付けられている。
【0020】
次に本発明のインダクタの製造方法を図2〜図5を用いて説明する。先ず図2に示すように、配線パターン2を設けたプリント配線基板1上に内部磁性コア3を液状もしくはシート状の絶縁樹脂を介して取り付ける。次に図3に示すように、ボンディングワイヤ4を用いて、隣り合う配線パターン2を接続する。この際、配線パターン2が上側コイルとなり、ボンディングワイヤ4が下側コイルとなる。このボンディングワイヤ4はAu、Al、Cu等を主な材料とした導電性材料からなる。
【0021】
次に図4(a)、(b)に示すように、ボンディングワイヤ4の上部に高さ制御手段として金属や樹脂等から構成されるブロックツールAを配置する。次にこのブロックツールAを下降させて一定圧力でボンディングワイヤ4に当接させた後、矢印Bの方向へ移動させる。これにより、複数のボンディングワイヤ4を精度良く一定方向に傾斜させて高さを低く制御することができ、インダクタを低背化することができる。尚、本実施例ではブロックツールAを垂直・水平方向に移動させる方法について説明したが、インダクタの下にステージ(図示せず)を設け、このステージを垂直・水平方向に移動させることにより、ボンディングワイヤ4を傾斜させるようにしても良い。
【0022】
最後に図5に示すように、ボンディングワイヤ4の上及び周辺部に磁性樹脂5を塗布し、さらにその上に外部磁性コア6を取り付ける。これにより、インダクタの構造を漏洩磁界の無い、閉ループに近いものとすることができる。なお、磁性樹脂5に含まれる磁性体粉末の含有量により磁性樹脂5とボンディングワイヤ4がショートする可能性がある場合にはボンディングワイヤ4と外部磁性コア6との間に絶縁樹脂を塗布することによりショートを防止する。
【0023】
次に、この構成による特性改善レベルについて述べる。プリント配線基板1、配線パターン2、内部磁性コア3、ボンディングワイヤ4で構成される従来構造のインダクタと比較し、磁性樹脂5の塗布のみの場合のインダクタンスは1.2倍に向上し、ボンディングワイヤ4上に外部磁性コア6を配置するのみの場合のインダクタンスは1.5倍に向上する。このふたつを組み合わせることにより、インダクタンスは従来構造の3倍に向上する。
【0024】
また、内部磁性コア3及び外部磁性コア6にはフェライト、パーマロイ、センダスト、アモルファス等の軟磁性バルク材料を用いる。また、磁性樹脂5に含有されている磁性粉はフェライトや鉄のような軟磁性材料であり、この含有量を30〜70%とすることが望ましい。磁性粉の含有量が少ないと必要な磁気特性を確保できなくなり、逆に磁性粉の含有量が多すぎると磁性樹脂5の塗布が難しくなる。なお、この請求項1及び請求項2記載の発明の磁気デバイス素子を用いてチョークコイル、ノイズフィルタなどを作製することもできる。
【0025】
図6は請求項1及び請求項2記載の発明の磁気デバイス素子を用いた第2実施例の直交フラックスゲート磁気センサの上面図、図7は途中工程図である。尚、前述した第1実施例と同一の構成には同一符号を付して説明を省略する。図6、図7に示すように、内部磁性コア3の両端に外部端子7を蒸着、スパッタ、めっき、印刷等を用いて形成した後、外部端子7が形成された内部磁性コア3をプリント配線基板1上に配置する。外部端子7はAl、Au、Cu等を主な材料とした導電性材料からなる。尚、この外部端子7は内部磁性コア3及び外部磁性コア6にパルス電流を加えるためのものであり、配線パターン2の端子は誘起電圧を検出するためのものである。このように直交フラックスゲート磁気センサを図6及び図7に示す構造にすることにより、小型で高感度な磁気センサを得ることができる。
【0026】
図8は請求項3記載の発明の磁気デバイス素子を用いた第3実施例のインダクタの断面図、図9及び図10はその途中工程の断面図である。本実施例の特徴は、図8に示すように内部磁性コア3aの上面エッジにC面を設けることにより内部磁性コア3aを台形形状に加工したことである。このようにすれば、図9及び図10に示すようにワイヤ4のループ形状に内部磁性コア3aの形状を近づけることができ、より大きな断面積をもつ内部磁性コア3aをワイヤ4内に配置することができる。これにより、強い磁束を発生させることができるようになり、インダクタンスの向上を図ることができる。
【0027】
図11は請求項4記載の発明の磁気デバイス素子を用いた第4実施例のインダクタの断面図、図12及び図13はその途中工程の断面図である。本実施例の特徴は、図11に示すように内部磁性コア3bの上面をR形状、いわゆるかまぼこ型に加工したことである。このようにすれば、図12及び図13に示すようにワイヤ4のループ形状に内部磁性コア3bの形状を近づけることができ、さらに大きな断面積をもつ内部磁性コア3bをワイヤ4内に配置することができる。これにより、さらに強い磁束を発生させることができるようになり、インダクタンスの向上を図ることができる。
【0028】
図14は請求項5記載の発明の磁気デバイス素子を用いた第5実施例のインダクタの断面図であり、図15は請求項6記載の発明の磁気デバイス素子を用いた第6実施例のインダクタの断面図である。第5実施例の特徴は、図14に示すように内部磁性コア3の表面に高透磁率磁性薄膜8を設けたことであり、第6実施例の特徴は、図15に示すように内部磁性コア3のコア材を高透磁率磁性薄膜8のみで形成したことである。この高透磁率磁性薄膜8にはセンダスタ薄膜、アモルファス薄膜、FeTaNなどのFe系薄膜等からなる高透磁率軟磁性薄膜を用いる。高透磁率磁性薄膜を用いることにより内部磁性コア3及び外部磁性コア6を薄くすることが可能になり、磁気デバイス素子の低背化を図ることができる。
本実施例によれば、高透磁率磁性薄膜8を用いない内部磁性コア3と比較した場合、インダクタでは高インダクタンスを、磁気センサでは高感度を得ることができる。
【0029】
図16及び図17は請求項7記載の発明の磁気デバイス素子を用いた第7実施例のトランスの上面図及び断面図、図18及び図19は途中工程の上面図及び断面図である。本実施例は、図16〜図19に示すように内部磁性コア3を閉ループ構造にしたものであり、プリント配線基板1上に1次側配線パターン9と2次側配線パターン10を設け、それぞれの配線パターン9、10を1次側ワイヤ11と2次側ワイヤ12で接続することにより1次側コイルと2次側コイルを形成する。これにより、変換効率を悪化させることなく小型のトランスを得ることができる。尚、この請求項7記載の発明の磁気デバイス素子を用いてコモンモードフィルタ等を作製することもできる。
【0030】
図20は請求項7記載の発明の磁気デバイス素子を用いた第8実施例の平行フラックスゲート磁気センサの上面図で、図21は途中工程の上面図である。図20及び図21に示すように、プリント配線基板1上にX軸検出用配線パターン13、Y軸検出用配線パターン14、励磁用配線パターン15を設け、それぞれの配線パターン13〜15をX軸検出用ワイヤ16、Y軸検出用ワイヤ17、励磁用ワイヤ18で接続することによりX軸検出コイル、Y軸検出コイル、励磁コイルを形成する。このように平行フラックスゲート磁気センサを図20及び図21に示す構造にすることにより、小型で高感度な磁気センサを得ることができる。
【0031】
図22は請求項8記載の発明の電子デバイスを用いた第9実施例のインダクタ内蔵半導体パッケージの断面図である。図22に示すように、インダクタを形成するプリント配線基板1に半導体チップ19の接続用パターン20を設け、半導体チップ19と接続用パターン20をワイヤ4で接続する。その後、絶縁樹脂21で全体を封止することによりインダクタ内蔵半導体パッケージを形成する。さらに、プリント配線基板1の裏面に出力端子用のはんだボール22を設けることによりBGA構造とすることができる。また、前述した磁気センサやフィルタ、トランス等の閉磁路タイプの内部磁性コア3をもった磁気デバイスを内蔵することもできる。このように磁気デバイス内蔵半導体パッケージにすることにより、部品実装点数を減らすことができるとともに実装面積を小さくすることができ、さらに配線長を短くすることができるためデバイスの高速対応等の性能改善を図ることができる。
【0032】
図23は請求項8記載の発明の電子デバイスを用いた第10実施例のインダクタ内蔵半導体パッケージの断面図である。図23に示すように、インダクタを形成するプリント配線基板1に半導体チップ19の接続用パターン20を設け、半導体チップ19と接続用パターン20を接続用バンプ23でフリップチップ接続する。その後、絶縁樹脂21で全体を封止することによりインダクタ内蔵半導体パッケージを形成する。さらに、プリント配線基板1の裏面に出力端子用のはんだボール22を設けることによりBGA構造とすることができる。また、前述した磁気センサやフィルタ、トランス等の閉磁路タイプの内部磁性コア3をもった磁気デバイスを内蔵することもできる。このように磁気デバイス内蔵半導体パッケージにすることにより、部品実装点数を減らすことができるとともに実装面積を小さくすることができ、さらに配線長を短くすることができるためデバイスの高速対応等の性能改善を図ることができる。
【0033】
図24は請求項9記載の発明の電子デバイスを用いた第11実施例のインダクタ内蔵半導体モジュールの断面図である。図24に示すように、インダクタを形成するプリント配線基板1に半導体、コンデンサ、抵抗等の個別部品24a、24bの接続用パターン25a、25bを設け、個別部品24a、24bを実装し、モジュールを形成する。さらに、プリント配線基板1の裏面に出力端子用のはんだボール22を設けることによりBGA構造とすることができる。また、前述した磁気センサやフィルタ、トランス等の閉磁路タイプの内部磁性コア3をもった磁気デバイスを内蔵することもできる。このように磁気デバイス内蔵半導体モジュ−ルにすることにより、部品実装点数を減らすことができるとともに実装面積を小さくすることができ、さらに配線長を短くすることができるためデバイスの高速対応等の性能改善を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【0034】
本発明は、小型化及び薄型化を図りながらも、磁性コアに巻線を施す方法で作製される磁気デバイス素子と同等以上の特性を得ることができる磁気デバイス素子、それを含む電子デバイス及び磁気デバイス素子の製造方法に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【0035】
【図1】本発明の第1実施例のインダクタの構成を示す断面図及び上面図。
【図2】本発明の第1実施例のインダクタの製造方法を示す断面図。
【図3】本発明の第1実施例のインダクタの製造方法を示す断面図。
【図4】本発明の第1実施例のインダクタの製造方法を示す断面図及び上面図。
【図5】本発明の第1実施例のインダクタの製造方法を示す断面図。
【図6】本発明の第2実施例の直交フラックスゲート型磁気センサを示す上面図。
【図7】本発明の第2実施例の直交フラックスゲート型磁気センサの途中工程を示す上面図。
【図8】本発明の第3実施例のインダクタの構成を示す断面図。
【図9】本発明の第3実施例のインダクタの途中工程を示す断面図。
【図10】本発明の第3実施例のインダクタの途中工程を示す断面図。
【図11】本発明の第4実施例のインダクタの構成を示す断面図。
【図12】本発明の第4実施例のインダクタの途中工程を示す断面図。
【図13】本発明の第4実施例のインダクタの途中工程を示す断面図。
【図14】本発明の第5実施例のインダクタの構成を示す断面図。
【図15】本発明の第6実施例のインダクタの構成を示す断面図。
【図16】本発明の第7実施例のトランスの構成を示す上面図。
【図17】本発明の第7実施例のトランスの構成を示す断面図。
【図18】本発明の第7実施例のトランスの途中工程を示す上面図。
【図19】本発明の第7実施例のトランスの途中工程を示す断面図。
【図20】本発明の第8実施例の平行フラックスゲート磁気センサの構成を示す上面図。
【図21】本発明の第8実施例の平行フラックスゲート磁気センサの途中工程を示す上面図。
【図22】本発明の第9実施例のインダクタ内蔵半導体パッケージの構成を示す断面図。
【図23】本発明の第10実施例のインダクタ内蔵半導体パッケージの構成を示す断面図。
【図24】本発明の第11実施例のインダクタ内蔵半導体モジュールの構成を示す断面図。
【符号の説明】
【0036】
1 プリント配線基板
2 配線パターン
3、3a、3b 内部磁性コア
4 ボンディングワイヤ
5 磁性樹脂
6 外部磁性コア
7 外部端子
8 高透磁率磁性薄膜
9 1次側配線パターン
10 2次側配線パターン
11 1次側ワイヤ
12 2次側ワイヤ
13 X軸検出用配線パターン
14 Y軸検出用配線パターン
15 励磁用配線パターン
16 X軸検出用ワイヤ
17 Y軸検出用ワイヤ
18 励磁用ワイヤ
19 半導体チップ
20 接続用パターン
21 絶縁樹脂
22 はんだボール
23 接続用バンプ
24a、24b 個別部品
25a、25b 接続用パターン
A ブロックツール
B 矢印

【特許請求の範囲】
【請求項1】
下側コイルとなる配線パターンを設けたプリント配線基板上に内部磁性コアを設け、前記配線パターン間を上側コイルとなるボンディングワイヤで接続してなる磁気デバイス素子において、前記ボンディングワイヤを傾斜させることにより高さを制御し、前記ボンディングワイヤを含むプリント配線基板上に磁性粉と樹脂を混合させてなる磁性樹脂を塗布し、さらに前記磁性樹脂上に外部磁性コアを貼り付けたことを特徴とする磁気デバイス素子。
【請求項2】
請求項1記載の磁気デバイス素子において、前記磁性樹脂の磁性粉をフェライト粉又は鉄粉とし、磁性粉と樹脂の混合比率を30〜70%としたことを特徴とする磁気デバイス素子。
【請求項3】
請求項1又は請求項2記載の磁気デバイス素子において、前記内部磁性コアの上面形状をC面エッジ形状としたことを特徴とする磁気デバイス素子。
【請求項4】
請求項1又は請求項2記載の磁気デバイス素子において、前記内部磁性コアの上面形状をR形状としたことを特徴とする磁気デバイス素子。
【請求項5】
請求項1〜請求項4記載の磁気デバイス素子において、前記内部磁性コアの表面に高透率磁性薄膜を設けたことを特徴とする磁気デバイス素子。
【請求項6】
請求項1〜請求項4記載の磁気デバイス素子において、前記内部磁性コアを高透率磁性薄膜で形成したことを特徴とする磁気デバイス素子。
【請求項7】
請求項1〜請求項6記載の磁気デバイス素子において、前記内部磁性コアの形状を閉ループ形状としたことを特徴とする磁気デバイス素子。
【請求項8】
請求項1〜請求項7記載の磁気デバイス素子を設けたプリント配線基板上に半導体チップをベアチップ実装し、1パッケージの製品としたことを特徴とする電子デバイス。
【請求項9】
請求項1〜請求項7記載の磁気デバイス素子を設けたプリント配線基板上に受動部品や半導体部品を実装してモジュール化したことを特徴とする電子デバイス。
【請求項10】
請求項1〜請求項7記載の磁気デバイス素子を製造する方法において、配線パターンを設けたプリント配線基板に内部磁性コアを液状もしくはシート状の絶縁樹脂を介して配置する工程と、隣り合う前記配線パターンをボンディングワイヤを用いて接続する工程と、前記ボンディングワイヤの高さを高さ制御手段により精度良く制御する工程と、前記ボンディングワイヤの上部及び周辺部に磁性樹脂を塗布する工程と、前記磁性樹脂の上部に外部磁性コアを配置する工程を含むことを特徴とする磁気デバイス素子の製造方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【図12】
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【図13】
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【図14】
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【図15】
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【図16】
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【図17】
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【図18】
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【図19】
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【図20】
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【図21】
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【図22】
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【図23】
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【図24】
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【公開番号】特開2008−72021(P2008−72021A)
【公開日】平成20年3月27日(2008.3.27)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−250841(P2006−250841)
【出願日】平成18年9月15日(2006.9.15)
【出願人】(000156950)関西日本電気株式会社 (26)
【Fターム(参考)】