JP2003282328A - 薄型磁性素子及びその製造方法並びにそれを用いた電源モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 直流重畳特性が低く、高周波域での磁気損失
の少ない薄型磁性素子を提供することを目的とする。 【解決手段】 導体コイル３及び樹脂絶縁部４を含むシ
ート状コイル２と、このシート状コイル２を挟持するよ
うに、前記樹脂絶縁部４より透磁率が高い金属薄膜磁性
部材１を配置した構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電子機器のインダク
タンス素子、チョークコイル、トランスその他に用いら
れる超小型の薄型磁性素子及びその製造方法並びにそれ
を用いた電源モジュールに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子機器の全般的な小型・薄型化
に伴い、これらに用いられる電子部品や電源デバイスな
ども小型化、薄型化することが強く求められている。特
に、携帯機器等では小型化以上に薄型化の要求が強くな
ってきている。

【０００３】一方、ＣＰＵなどのＬＳＩは高速・高集積
化してきており、このようなＬＳＩに供給される電源回
路には大電流が供給されることがある。従って、高速・
高集積化されたＬＳＩに供給される電源回路に用いられ
るチョークコイル等のインダクタンス素子にはコイル導
体を低抵抗化して低発熱を実現すること、及び直流重畳
によるインダクタンス値の低下が少ないこと（直流重畳
特性が良好であること）が必要とされている。又、使用
周波数が高周波化しているので高周波域での損失の低い
ことが求められている。

【０００４】更に、部品のコストを安くすることが強く
求められているため、単純な形状の部品構成素子を簡単
な工程で組み立てられることが必要となっている。すな
わち、大電流、高周波で使用可能であり、且つ小型・薄
型化されたインダクタンス素子や電源を安価に供給する
ことが求められている。電源回路に使用される部品の中
で、最も厚さの大きいものはインダクタンス素子であ
る。そのため、インダクタンス素子等の磁性素子の薄型
化は電源自体の薄型化のためにも強く望まれている。

【０００５】一般に、磁性素子を小型化すると磁路断面
積が減少し、インダクタンス値が減少してしまう。この
ような小型の磁性素子の特性を向上させる（インダクタ
ンス値を大きくする）手段として、例えば実開昭５３−
１３６５３８号公報や特開昭６１−１３６２１３号公報
にはフェライト等を用いた鍔付きのドラム形状のコア材
に巻き線を施した後、鍔の内側を磁性体粉末と樹脂の混
合物で埋めて閉磁路構造としたものが提案されている。

【０００６】この構造では通常巻き線に用いられるボビ
ンが不要となり、その分磁路断面積が大きく取れ、かつ
閉磁路構造となるのでインダクタンス値が大きくなり、
磁性素子の特性が向上する。しかしながら、この構造は
磁性素子の小型化を目的としたものであって、薄型化を
目的としたものではなく、更に磁性体粉末と樹脂の混合
物中の磁路長が長いために充分な特性が得られたとは云
えず問題点があった。又、実際にこのような従来技術を
用いて、例えばサイズが２×１×１ｍｍ程度のインダク
タンス素子も市販されているが、このインダクタンス素
子はコイルの直流抵抗が大きいものであった。

【０００７】従って、低い直流抵抗と大きなインダクタ
ンス値とを有する磁性素子を実現するためには太い導線
を用いてコイルを作製し、ターン数も増やす必要があ
る。しかしながら、薄型化のためには同時に厚さを１ｍ
ｍ程度以下と小さくする必要があるので、コイルは平面
形に巻くことが望ましい。この平面形のコイルを収容す
るスペースを確保するためには、サイズを２〜１０ｍｍ
角と大きくすることになる。ところがこのような面積／
厚さ比の大きい薄型構造では漏洩磁束が大きくなつて、
大きなインダクタンス値が得られにくい。

【０００８】このような薄型構造の磁性素子の特性向上
（漏洩磁束の減少）を狙った技術として、特開平６−３
４２７２５号公報には導線（平面形コイル）をフェライ
トと樹脂とのペーストに埋め込んだものの上下にフェラ
イト板を貼り付けた構造が提案されている。又、特開平
９−２７０３３４号公報には磁性体粉末を含んだ樹脂に
平面形コイルが埋め込まれ、その上下に金属磁性板を貼
り付けた構造が提案されている。これらの構造は透磁率
の高い磁性体を外面に配置することで薄型化しても漏洩
磁束が比較的少なく、特性が充分発現されるように配慮
したものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
６−３４２７２５号公報や特開平９−２７０３３４号公
報に開示されている磁性素子は、平面形コイル自体が磁
性体粉末含有樹脂に完全に埋め込まれた構造となってい
るため、平面形コイルの導体間及び周りには磁性体粉末
含有樹脂が存在する構造となっている。従って、平面形
コイルの外周部分を通る本来の磁路よりもショートパス
となる磁路、つまり平面形コイルの導体を横切ったり、
近接する導体間を横切ったりする磁路が生じやすい。こ
のように平面形コイルの導体や導体間を通る磁束が増加
すると、高周波域では磁気損失が増大するとともにイン
ダクタンス値も低下するという問題が生じる。

【００１０】又、更なる磁性素子の薄型化（例えば面積
／厚さ比＞０．４以上）に対応するためには、コイルの
上下磁性部材の厚み方向の断面積が極端に薄くなるた
め、従来以上にインダクタンス値、特に直流重畳特性が
劣化すると言う問題があった。そのためには、磁性部材
厚みが薄くても飽和磁束密度が高く、ある一定以上の透
磁率を有する磁性材料が不可欠である。又、磁性素子の
実装後の基板の反り、落下、ヒートショック等で導体コ
イルの断線、ショート、磁性部材の欠落等の問題が生じ
る。

【００１１】本発明はこれらの問題を解決するために、
磁気特性に特に直流重畳特性に優れ、高周波域での磁気
損失が少なく、また信頼性に優れた薄型磁性素子を提供
することを目的とする。更に、このような磁性素子を生
産性高く製造する製造方法とこのような磁性素子を備え
た電源モジュールとを併せて提供することを目的とす
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、以下の構成を有するものである。

【００１３】本発明の請求項１に記載の発明は、導体コ
イル及び樹脂絶縁部を含むシート状コイルと、このシー
ト状コイルを挟持するように前記樹脂絶縁部より透磁率
が高い金属薄膜磁性部材を配置した薄型磁性素子であ
り、導体コイルと上下金属薄膜磁性部材よりも透磁率の
小さい樹脂絶縁部とを含むシート状コイルが用いられる
ので、導体コイルの導体や近接する導体間を横切る磁束
が抑制されるとともに、金属薄膜磁性部材を配置するこ
とにより直流重畳特性に優れ、高周波域における磁気損
失が少ない薄型磁性素子を実現することができる。

【００１４】本発明の請求項２に記載の発明は、導体コ
イル及び樹脂絶縁部を含むシート状コイルと、このシー
ト状コイルを挟持するように前記樹脂絶縁部より透磁率
が高い金属薄膜磁性部材を配置し、且つこの金属薄膜磁
性部材は前記金属薄膜磁性部材間の導体コイルの存在し
ない前記シート状コイルの中心部及び周辺部から選ばれ
る少なくとも１ヶ所にも配置されている薄型磁性素子で
あり、直流重畳特性により優れるとともに、高周波域に
おける磁気損失が少ない薄型磁性素子を提供することが
できる。

【００１５】本発明の請求項３に記載の発明は、金属薄
膜磁性部材の主組成がＦｅ，Ｃｏ及びＮｉから構成さ
れ、Ｆｅ，Ｃｏの合計含有量が５０ｗｔ％以上である請
求項１または２のいずれか一つに記載の薄型磁性素子で
あり、飽和磁束密度の高い金属薄膜磁性部材を得ること
ができ、直流重畳特性の優れたより薄型の磁性素子を実
現することができる。

【００１６】本発明の請求項４に記載の発明は、金属薄
膜磁性部材が異種金属磁性部材の積層構造から構成され
る請求項１または２のいずれか一つに記載の薄型磁性素
子であり、高周波特性の優れた薄型磁性素子を実現する
ことができる。

【００１７】本発明の請求項５に記載の発明は、金属薄
膜磁性部材が結晶質金属磁性薄膜と非晶質金属磁性薄膜
の積層構造から構成される請求項４に記載の薄型磁性素
子であり、請求項４と同じ作用を有する薄型磁性素子を
実現することができる。

【００１８】本発明の請求項６に記載の発明は、金属薄
膜磁性部材が飽和磁束密度１．０Ｔ以上、透磁率３００
以上である請求項１または２のいずれか一つに記載の薄
型磁性素子であり、直流重畳特性に優れる薄型磁性素子
を実現することができる。

【００１９】本発明の請求項７に記載の発明は、厚みが
１０μｍ以上で１００μｍ以下の金属薄膜磁性部材であ
る請求項１または２のいずれか一つに記載の薄型磁性素
子であり、直流重畳特性に優れ、高周波域での磁気損失
が少ない薄型磁性素子を実現することができる。

【００２０】本発明の請求項８に記載の発明は、導体コ
イルは上下２段に分かれてそれぞれ平面形に巻回された
２段コイルであって、最内周部で上下２段のコイルが互
いに接続されている請求項１または２のいずれか一つに
記載の薄型磁性素子であり、導体コイルの占積率を高く
することができるとともに、導体コイル端がコイルの最
外周側にくるために、上下に配置された金属薄膜磁性部
材に穴を設けることなく、容易に端子部を取り出すこと
ができる。

【００２１】本発明の請求項９に記載の発明は、樹脂絶
縁部はエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹
脂、シリコン樹脂或いはこれらの変性樹脂を少なくとも
一種類以上含む請求項１または２のいずれか一つに記載
の薄型磁性素子であり、生産性の高い薄型磁性素子を実
現できる。

【００２２】本発明の請求項１０に記載の発明は、シー
ト状コイルが配線基板の配線層の一部として配線基板の
内部又は表面に設けられている請求項１または２のいず
れか一つに記載の薄型磁性素子であり、容易に配線基板
の内部又は表面に配置された薄型磁性素子を形成するこ
とが可能となる。

【００２３】本発明の請求項１１に記載の発明は、導体
コイルを樹脂絶縁部に内蔵してシート状コイルを作製す
る工程と、シート状コイルの上下にめっきにより金属薄
膜磁性部材を所定の形状に形成する工程を含む薄型磁性
素子の製造方法であり、簡易な方法で薄型磁性素子を製
造することが可能となり、信頼性と生産性を高めること
ができる。

【００２４】本発明の請求項１２に記載の発明は、導体
コイルを樹脂絶縁部に内蔵してシート状コイルを作製す
る工程と、シート状コイルの上下にスパッタリング、蒸
着法により金属薄膜磁性部材を所定の形状に形成する工
程を含む薄型磁性素子の製造方法であり、従来の比較的
簡易な薄膜法を用いて薄型磁性素子を製造することが可
能となり、小型の薄型磁性素子の製造方法を提供するこ
とができる。

【００２５】本発明の請求項１３に記載の発明は、請求
項１，２のいずれか一つに記載の薄型磁性素子と半導体
チップ及びチップ部品を配線基板に実装してなる電源モ
ジュールであり、薄型で高性能な電源モジュールを実現
することができる。

【００２６】上述したように、本発明の薄型磁性素子は
高いインダクタンス値と低いコイル直流抵抗、更に良好
な直流重畳特性を有する薄型磁性素子である。従って、
この薄型磁性素子に配線基板や半導体チップやコンデン
サ等の他の部品を実装して作製した電源モジュールも、
上記特性に優れておりかつ薄型化を実現できる。

【００２７】

【発明の実施の形態】本発明の薄型磁性素子の実施の形
態について、図面を参照しながら説明する。

【００２８】以下では、インダクタンス素子やチョーク
コイルに用いられる薄型磁性素子の例について説明する
が、本発明はこれに限定されるものではなく、２次巻き
線の必要なトランス等に用いてもその効果を発揮するも
のである。図１は本発明の実施の形態の一例である薄型
インダクタンス素子の断面図である。又図２、図３は図
１に示すものとは別の実施の形態を示す薄型インダクタ
ンス素子の断面図である。以下にそれぞれの薄型インダ
クタンス素子について説明する。

【００２９】図１に示す薄型インダクタンス素子は、導
体コイル３及び樹脂絶縁部４からなるシート状コイル２
が金属薄膜磁性部材１ａ，１ｂにより挟持されるような
構造になっている。

【００３０】又、導体コイル３は導体が平面形に２段に
巻かれて樹脂絶縁部４で覆われ、最内周部３ａで上下の
導体がつながっている。導体コイル３の端子部３ｂはコ
イル最外周より取り出されている。又図１に示された薄
型インダクタンス素子の場合、シート状コイル２の端子
部３ｂは互いに異なる方向に取り出されているが、同じ
方向に取り出される構造であっても良い。

【００３１】又、薄型磁性素子は回路基板などに実装さ
れて使用されることが多く、最近では高密度実装技術が
急速に進展しており、磁性素子の下に配線を配置する回
路設計が行われている。そのため金属薄膜磁性部材１が
露出していると短絡の恐れもあり、場合によっては端子
部３ｂのみを露出させて外装１４にて絶縁被覆しても良
い。この外装材として、耐熱性と可塑性の観点からエポ
キシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、シリコン
樹脂或いはこれらの変性樹脂を少なくとも一種類以上含
む絶縁性樹脂が好ましい。この外装１４の効果は絶縁性
と信頼性を更に向上することができる。

【００３２】又、図２に示す薄型インダクタンス素子は
シート状コイル２が金属薄膜磁性部材１ａ，１ｂ間に配
置され、且つシート状コイル２の中心部にも金属磁性部
材５が配置されているものである。更に金属薄膜磁性部
材１ａ，１ｂはシート状コイル２の中心部と導体コイル
周辺部の所定領域の両方に設けられても良いし、周辺部
のみに配置されていても良い。その後図１と同様にして
外装１４を形成しても良い。

【００３３】このような構造に構成することによって、
図１の薄型インダクタンス素子よりも更にインダクタン
ス特性に優れた薄型インダクタンス素子を実現すること
ができる。

【００３４】次に、図３は金属薄膜磁性部材１（１ａ〜
１ｈ）が異種の金属薄膜磁性層の多層構造から形成され
ており、磁気特性或いは材料組成の異なる金属薄膜磁性
層を交互に積層したり、結晶質と非晶質の金属薄膜磁性
層を交互に積層することによって直流重畳特性、周波数
特性などの磁気特性を所望の特性に設計・改善すること
が可能となり、最適な特性及び寸法形状の薄型インダク
タンス素子を実現することが可能となる。又、異種の金
属薄膜磁性層は上下対称に積層しても良いし、非対称に
配置しても良いが生産性を考慮するならば上下対称に異
種の金属薄膜磁性層を積層して金属薄膜磁性部材１を形
成する方法が最も効果的である。そして、図１、図２と
同様にして外装１４を形成しても良い。

【００３５】上記図１〜図３に示した薄型インダクタン
ス素子は２〜２０ｍｍ角前後で、厚さ；０．２〜１ｍｍ
程度の非常に薄い正方板状のインダクタンス素子を想定
しているが円板状等の他の形状であってもかまわない。
又、図１〜図３に示した薄型インダクタンス素子は本発
明の構造の一例を示したものであり、本発明はこれらの
構造に限定されるものではない。

【００３６】以上のように、本発明の薄型磁性素子は少
なくとも、金属薄膜磁性部材、導体コイル３及び樹
脂絶縁部４を含むシート状コイル２を備えた構造であ
る。以下、，の各構成について、詳しく説明する。

【００３７】金属薄膜磁性部材 本用途の薄型磁性素子の場合、コイル上下の磁性材料の
厚み方向の断面寸法が極端に薄くなるため、磁気特性、
特に直流重畳特性を満たすことが困難である。これを実
現するために薄くても飽和磁束密度が高く、且つある一
定以上の透磁率を有する磁性材料が不可欠であり、高飽
和磁束密度を実現可能な磁性材料として、主組成がＦ
ｅ，Ｃｏ及びＮｉから構成され、Ｆｅ，Ｃｏの合計含有
量が５０ｗｔ％以上である金属薄膜磁性部材１であるこ
とが好ましい。又、形成された金属薄膜磁性部材１が結
晶質、非晶質、ナノ微結晶、グラニュラー構造であるか
は問わない。そして、金属薄膜磁性部材１が異種金属薄
膜磁性層の積層構造、或いは結晶質金属磁性薄膜層と非
晶質金属磁性薄膜層の積層構造をとることにより、理由
は必ずしも明らかでないが高周波での渦電流損失の低減
に効果があることを見出した。

【００３８】又、金属薄膜磁性部材１の厚みは使用周波
数により異なるが１０μｍ以上で１００μｍ以下が好ま
しい。これは厚すぎると高周波での渦電流損失が大きく
なり、薄すぎると必要とする透磁率が低下してしまうた
めである。又、箔状或いは板状の金属薄膜磁性部材をシ
ート状コイル２の樹脂絶縁部４上下に接着剤等を用いて
構成することも考えられるが、素子実装後の基板の反
り、落下或いはヒートショック等で金属薄膜磁性部材の
欠落が発生する恐れがある。そのため、シート状コイル
２の樹脂絶縁部４に直接形成できるめっき法、蒸着法、
スパッタ法等の工法が好ましい。中でも、真空系が不必
要で析出速度が速く、密着強度も強いめっき法が有利で
ある。めっき法には大きく分けて、無電解めっき法と電
解めっき法があるがどちらであっても構わないし、場合
により両方を併用しても問題ない。

【００３９】又、金属薄膜磁性部材１の形成時或いは形
成後に磁場中熱処理等により磁気異方性を付与すること
で薄型磁性素子の高周波数特性を改善しても良い。更に
金属薄膜磁性部材１の形成後に１５０℃以上で熱処理を
施し、応力を緩和させて磁気特性を向上させることがよ
り好ましい。

【００４０】シート状コイル シート状コイル２としては、丸線、平角線、箔状線など
を必要なターン数巻いたコイルやめっき、エッチング、
打ち抜きで作製したコイルを導体コイル３として用い、
これを樹脂絶縁部４で被覆して固めることで、薄型磁性
素子の基板実装時のチャッキングや実装後の基板の反
り、落下等で導体コイル３の断線、ショート等を防ぐこ
とができる。但し、樹脂絶縁部４は金属薄膜磁性部材１
よりも透磁率が小さいことが必要であるため、非磁性材
料を用いることがより好ましい。樹脂絶縁部４は、耐熱
性と可塑性の観点からエポキシ樹脂、フェノール樹脂、
ポリイミド樹脂、シリコン樹脂或いはこれらの変性樹脂
を少なくとも一種類以上含む絶縁樹脂が好ましい。

【００４１】又、低い抵抗値を有し、高いインダクタン
ス値を得るためには導体コイル３の占積率を高くする必
要がある。そのためには、樹脂絶縁部４による導体コイ
ル３の被覆は可能な限り薄い方が良い。又、高い占積率
を実現するためには巻き線あるいはめっき法で作製した
コイルがより好ましい。更に導体コイル３の材質は低抵
抗であることが望ましいため、銀、銅を用いることが好
ましい。なお、平面形の導体コイル３の中心部や導体コ
イルの周辺部の所定領域の樹脂絶縁部４に穴部を形成す
るためには、ドリル、レーザー、パンチャー等で形成し
ても良い。又、シート状コイル２の導体コイル３は平面
形コイルであるため、薄型構造であっても太い導線を用
いることにより、低い直流抵抗を有するコイルを実現す
ることができる。

【００４２】次に、本発明の薄型磁性素子の具体的な製
造方法について説明する。

【００４３】本発明の薄型磁性素子が図１に示す構造の
場合、予めシート状に形成されたシート状コイル２を準
備し、次にシート状コイル２の上下に無電解めっき法、
スパッタ法、蒸着法等により、例えばＡｌ，Ｃｕ薄膜又
はＦｅＮｉＢ系の磁性薄膜を金属下地層（図示せず）と
して形成した後に、電解めっき法にて所定の厚みの金属
薄膜磁性部材１ａ，１ｂを形成することにより、容易に
薄型磁性素子を製造することができる。この方法では、
巻き線技術は必ずしも必要ではない。

【００４４】又、図４に示すような方法で製造すること
も可能である。まず、図４（ａ）に示すようにシート状
コイル２を複数個形成した大判シート７を用意してお
く。次に、図４（ｂ）に示すように導体コイル３の中心
部と導体コイル周辺部の所定領域（以下、コイルの周辺
所定領域と記す。）の樹脂絶縁部４をパンチャー、レー
ザー加工機、ドリル等により除去する。そして、大判シ
ート７の上下及び除去された導体コイル３の中心部とコ
イルの周辺所定領域の内壁に無電解めっき法、スパッタ
法、蒸着法等により前記金属下地層を形成する。この金
属下地層は非磁性でもかまわないが金属磁性材であるこ
とがより好ましい。

【００４５】尚、金属薄膜磁性部材１を形成しない場所
には、大判シート７の上下の表面にレジスト膜を形成す
ることによって選択的に金属薄膜磁性部材１を形成する
ことができる。

【００４６】その後、図４（ｃ）に示すように電解めっ
き法にて樹脂絶縁部４を除去した部分（中心部、コイル
の周辺所定領域）とシート状コイル２の上下に金属薄膜
磁性部材１を形成する。その後、図４（ｄ）に示すよう
に大判シート７を切断し、端子部を露出或いは切断端面
部に端面電極を形成して、個々の薄型磁性素子を完成す
る。

【００４７】従来の方法では巻き線を施してコイルを作
製する必要があったため、量産性に乏しく、高コストに
なるという問題があった。これに対して本実施の形態の
方法によれば、多数の薄型磁性素子を一括製造すること
ができるので、安価に大量に製造することによって生産
コストを抑えることが可能となる。

【００４８】以上のように、本発明の薄型磁性素子の製
造はシート状コイル２を挟んで上下に金属薄膜磁性部材
１をめっき法、スパッタリング法或いは蒸着法などの薄
膜形成プロセスを用いて形成することによって、薄型磁
性素子を生産性に優れた簡単な方法で生産することがで
きる。

【００４９】次に、本発明の薄型磁性素子を用いた電源
モジュールについて説明する。

【００５０】図５には本発明の薄型磁性素子を備えた電
源モジュールの構成図が示されている。この電源モジュ
ールは、配線基板８上に薄型磁性素子１３が配置され、
配線基板８と薄型磁性素子１３の端子部３ｂとが接続ビ
ア９にて接続されている。接続ビア９は樹脂層１０の中
央部に設けられている。更に、配線基板８の薄型磁性素
子１３の配置面と反対側の面には、半導体チップ１１や
抵抗、チップコンデンサ等のチップ部品１２等が実装さ
れている。この電源モジュールは本発明による薄型磁性
素子１３を用いているため、高さ方向に他の部品（半導
体チップ１１やチップ部品１２等）を実装したにもかか
わらず低背であり、且つ薄型磁性素子１３の配置面内に
は他の部品がないので面積が小さくなる。

【００５１】又、薄型磁性素子１３の２個所の端子取り
出し位置はコイルパターンにより周囲の任意の位置に設
定できるので、本発明の電源モジュールは図５に示され
た構成に限られず設計自由度も大きいという効果も得ら
れる。

【００５２】

【実施例】本発明の薄型磁性素子及びその製造方法につ
いて、具体的に説明する。

【００５３】（実施例１）まずシート状コイル２とし
て、めっき法により外径５ｍｍφ、内径０．５ｍｍφ、
厚さ２８０μｍ、導体径約１００μｍの２段積み１６タ
ーンの導体コイル３が樹脂絶縁部４にて絶縁被覆された
シート状コイル２を複数個配した大判シート７を用意し
た。このシート状コイル２は上記金属薄膜磁性部材１よ
りも透磁率の小さい樹脂絶縁部４にて導体コイル３を被
覆したものであり、本実施例１においてはこの樹脂絶縁
部４の構成材料としてポリイミド樹脂を用いた。

【００５４】次に、スパッタ法にて（表１）に記載され
る磁気特性の試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．９を有するＦｅ，Ｃ
ｏ，Ｎｉからなる組成の金属薄膜磁性部材１を約２０〜
２５μｍの厚みになるようにシート状コイル２の両面に
形成した。その後、２００℃、６０分の熱処理を行い、
図１に示す構造のサイズ５ｍｍ角、厚さ０．４ｍの薄型
インダクタンス素子を作製した。又金属薄膜磁性部材１
が露出していると信頼性の低下及び短絡の恐れもあり、
端子部３ｂのみを露出させて外装１４としてエポキシ樹
脂にて絶縁被覆した。外装１４を形成することによって
絶縁性と信頼性が更に向上することになる。

【００５５】このようにして得られた薄型インダクタン
ス素子の特性を測定周波数；３ＭＨｚ、直流重畳電流；
０．５Ａの条件にてインダクタンス値を測定した。金属
薄膜磁性部材１の飽和磁束密度は、ＶＳＭ（試料振動型
磁力計）を用いて磁場１５ｋＯｅで測定し、又透磁率は
８の字コイルを用いて測定周波数；３ＭＨｚで初透磁率
を測定した。

【００５６】（表１）より、金属薄膜磁性部材１が飽和
磁束密度１．０Ｔ以上、透磁率３００以上であるとき、
インダクタンス値が３．０μＨ以上の優れた特性を示し
ていることが分かる。又基板実装後、落差１．５ｍより
落下試験を実施したが、その前後でインダクタンス値の
変動は認められなかった。

【００５７】

【表１】

【００５８】（実施例２）シート状コイル２として、め
っき法により外径８ｍｍφ、内径４．０ｍｍφ、厚さ６
００μｍ、導体径：約２３０μｍの２段積み１４ターン
の導体コイル３を樹脂絶縁部４にて絶縁被覆されたシー
ト状コイル２を用意した。このシート状コイル２は、上
記金属薄膜磁性部材１よりも透磁率の小さい樹脂絶縁部
４にて導体コイルを被覆したものであり、本実施例２に
おいてはこの樹脂絶縁部４の構成材料としてエポキシ樹
脂を用いた。

【００５９】次に、このシート状コイル２の中心部及び
コイルの周辺所定領域にパンチャーを用いて樹脂絶縁部
４の穴開け除去加工を行った。次に、このシート状コイ
ル２の上下及び樹脂絶縁部４の穴開け除去加工を行った
内壁部に、無電解めっき法にてＡｌ金属下地を形成し、
これを電極として電解めっき法によりめっき浴槽のＦｅ
イオン、Ｃｏイオン、Ｎｉイオン、Ｃイオン、Ｂイオ
ン、Ｐイオン、Ｓイオン等の比率を調整し、（表２）に
記載の試料Ｎｏ．１０〜Ｎｏ．１８の組成を有する金属
薄膜磁性部材１を得た。磁性膜の厚みは４５〜５０μｍ
であった。その後、窒素雰囲気下で１５０℃、６０分熱
処理を行い、図２に示す構造のサイズは８ｍｍ角、厚
さ；０．７ｍｍの薄型インダクタンス素子を作製した。

【００６０】得られた薄型インダクタンス素子の特性
を、測定周波数；１ＭＨｚ、直流重畳電流；１．０Ａに
おけるインダクタンス値を測定した。（表２）より、Ｆ
ｅおよびＣｏの合計含有量が５０ｗｔ％以上のとき、優
れた特性を示すことが分かる。本実施例の薄型インダク
タンス素子は超薄型で、中心部及びコイルの周辺所定領
域にも金属薄膜磁性部材を充填する構成とすることによ
り、コイルの直流抵抗も９０ｍΩと低いにもかかわらず
インダクタンス値が大きく、かつ直流重畳特性も良好で
あった。又基板実装後、落差１．５ｍｍより落下試験を
実施したが、前後でインダクタンス値の変動は認められ
なかった。

【００６１】

【表２】

【００６２】（実施例３）シート状コイル２として、め
っき法により外径４ｍｍφ、内径０．８ｍｍφ、厚さ３
００μｍ、導体径約８０μｍの２段積み１４ターンの導
体コイル３を樹脂絶縁部４にて絶縁被覆されたシート状
コイル２を用意した。このシート状コイル２は、上記金
属薄膜磁性部材１よりも透磁率の小さい樹脂絶縁部４に
て導体コイルを被覆したものであり、本実施例３におい
てはこの樹脂絶縁部４の構成材料としてシリコン樹脂を
用いた。

【００６３】次に、このシート状コイル２の上下面に無
電解めっき法を用いてＦｅＮｉＢ系の非晶質金属薄膜磁
性層である上側第１層金属薄膜磁性部材１ａ、下側第１
層金属薄膜磁性部材１ｂを形成し、さらに前記非晶質金
属薄膜磁性層の上に電解めっき法により結晶質金属薄膜
磁性層である上側第２層金属薄膜磁性部材１ｃ、下側第
２層金属薄膜磁性部材１ｄを形成する。同様に無電解め
っき法、電解めっき法をそれぞれ繰り返し、上側第３層
金属薄膜磁性部材１ｅ、下側第３層金属薄膜磁性部材１
ｆ、上側第４層金属薄膜磁性部材１ｇ、下側第４層金属
薄膜磁性部材１ｈを積層して形成することによって、最
終的に上下各々４層構造の金属薄膜磁性部材１を形成す
る。このとき各層の厚みは１０〜２０μｍであった。そ
の後、窒素雰囲気下で１５０℃、６０分熱処理を行い、
図３に示す構造のサイズ３ｍｍ角、厚さ０．６ｍｍの薄
型インダクタンス素子を作製した。

【００６４】得られた薄型インダクタンス素子の特性は
測定周波数；５ＭＨｚ、直流重畳電流；１．０Ａにおけ
るインダクタンス値が、２．５μＨであり、優れた高周
波特性で且つ直流重畳特性も良好であった。本実施例３
では４層に積層された金属薄膜磁性部材１について説明
してきたがこの積層数は何層でも良く、少なくとも上下
各々二層以上であれば良い。

【００６５】又、基板実装後、落差１．５ｍより落下試
験を実施したが、前後でインダクタンス値の変動は認め
られなかった。

【００６６】

【発明の効果】以上説明してきたように本発明の薄型磁
性素子は、薄型で磁束がコイル導体を横切ることがほと
んどない構造となっているために、高周波でも磁気損失
が少なく、高いインダクタンス値と低いコイル直流抵
抗、良好な直流重畳特性を実現し、かつ基板実装時や実
装後の落下試験等に耐えうる機械強度の強い信頼性に優
れた薄型の磁性素子を提供することができる。

【００６７】更に本発明の磁性素子の製造方法によれ
ば、個別に巻き線を施す工程が不要となることから、簡
易な装置で大量に一括生産することができる。又本発明
の電源モジュールは本発明の磁性素子を用いることによ
り、低背かつ小面積であり、工業的価値が大きいもので
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の薄型磁性素子の一実施の形態である薄
型インダクタンス素子を示す断面図

【図２】同他の例の薄型インダクタンス素子の断面図

【図３】同他の例の薄型インダクタンス素子の断面図

【図４】（ａ）〜（ｄ）本発明の薄型磁性素子の製造方
法の一実施の形態を示す工程図

【図５】本発明の一実施の形態の電源モジュールの構造
を示す断面図

【符号の説明】

１ 金属薄膜磁性部材 １ａ 上側第１層金属薄膜磁性部材 １ｂ 下側第１層金属薄膜磁性部材 １ｃ 上側第２層金属薄膜磁性部材 １ｄ 下側第２層金属薄膜磁性部材 １ｅ 上側第３層金属薄膜磁性部材 １ｆ 下側第３層金属薄膜磁性部材 １ｇ 上側第４層金属薄膜磁性部材 １ｈ 下側第４層金属薄膜磁性部材 ２ シート状コイル ３ 導体コイル ４ 樹脂絶縁部 ５ 金属磁性部材 ７ 大判シート ８ 配線基板 ９ 接続ビア １０ 樹脂層 １１ 半導体チップ １２ チップ部品 １３ 薄型磁性素子 １４ 外装

フロントページの続き (72)発明者 井上 修 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 半田 浩之 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5E049 AA01 AA04 AA07 BA11 CC01 GC01 HC01 5E070 AB01 BA11 BB01

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導体コイル及び樹脂絶縁部を含むシート
   状コイルと、このシート状コイルを挟持するように前記
   樹脂絶縁部より透磁率が高い金属薄膜磁性部材を配置し
   た薄型磁性素子。
2. 【請求項２】 導体コイル及び樹脂絶縁部を含むシート
   状コイルと、このシート状コイルを挟持するように前記
   樹脂絶縁部より透磁率が高い金属薄膜磁性部材を配置
   し、且つこの金属薄膜磁性部材は前記金属薄膜磁性部材
   間の導体コイルの存在しない前記シート状コイルの中心
   部及び周辺部から選ばれる少なくとも１ヶ所にも配置さ
   れている薄型磁性素子。
3. 【請求項３】 金属薄膜磁性部材の主組成がＦｅ，Ｃｏ
   及びＮｉから構成され、Ｆｅ，Ｃｏの合計含有量が５０
   ｗｔ％以上である請求項１または２のいずれか一つに記
   載の薄型磁性素子。
4. 【請求項４】 金属薄膜磁性部材が異種金属磁性部材の
   積層構造から構成される請求項１または２のいずれか一
   つに記載の薄型磁性素子。
5. 【請求項５】 金属薄膜磁性部材が結晶質金属磁性薄膜
   と非晶質金属磁性薄膜の積層構造から構成される請求項
   ４に記載の薄型磁性素子。
6. 【請求項６】 金属薄膜磁性部材が飽和磁束密度１．０
   Ｔ以上、透磁率３００以上である請求項１または２のい
   ずれか一つに記載の薄型磁性素子。
7. 【請求項７】 厚みが１０μｍ以上で１００μｍ以下の
   金属薄膜磁性部材である請求項１または２のいずれか一
   つに記載の薄型磁性素子。
8. 【請求項８】 導体コイルは上下２段に分かれてそれぞ
   れ平面形に巻回された２段コイルであって、最内周部で
   上下２段のコイルが互いに接続されている請求項１また
   は２のいずれか一つに記載の薄型磁性素子。
9. 【請求項９】 樹脂絶縁部はエポキシ樹脂、フェノール
   樹脂、ポリイミド樹脂、シリコン樹脂或いはこれらの変
   性樹脂を少なくとも一種類以上含む請求項１または２の
   いずれか一つに記載の薄型磁性素子。
10. 【請求項１０】 シート状コイルが配線基板の配線層の
    一部として配線基板の内部又は表面に設けられている請
    求項１に記載の薄型磁性素子。
11. 【請求項１１】 導体コイルを樹脂絶縁部に内蔵してシ
    ート状コイルを作製する工程と、シート状コイルの上下
    にめっきにより金属薄膜磁性部材を所定の形状に形成す
    る工程を含む薄型磁性素子の製造方法。
12. 【請求項１２】 導体コイルを樹脂絶縁部に内蔵してシ
    ート状コイルを作製する工程と、シート状コイルの上下
    にスパッタリング、蒸着法により金属薄膜磁性部材を所
    定の形状に形成する工程を含む薄型磁性素子の製造方
    法。
13. 【請求項１３】 請求項１または２のいずれか一つに記
    載の薄型磁性素子と半導体チップ及びチップ部品を配線
    基板に実装してなる電源モジュール。