JP3776281B2 - インダクティブ素子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜インダクタ、薄膜トランスなどのインダクティブ素子に係り、特に磁性層を複数の磁性膜を積層して形成し、最もコイル層に近い磁性膜への前記コイル層からの磁束の集中を回避し、より好ましくは、各磁性膜に、均一な磁束分布が形成されるようにして、高周波特性を良好にすることが可能なインダクティブ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば薄膜インダクタは、基板上に第１の磁性層が形成され、前記第１の磁性層の上に絶縁層を介してコイル層が形成され、さらに前記コイル層の上に絶縁層を介して第２の磁性層が形成されて構成されている。
【０００３】
上記薄膜インダクタは、例えばマイクロＤＣ−ＤＣコンバータに使用されるが、前記薄膜インダクタを構成する磁性層が膜厚の厚い単層で形成されていると、高周波帯域では、渦電流損失が増大し、良好な高周波特性が得られないといった問題があった。
【０００４】
そこで従来では、図１０に示すように、薄膜インダクタ１を構成する磁性層３，５を、多層化した構造のものが考えられ、これによりインダクタンスをある一定以上に確保できるとともに、渦電流損失の低減を可能にし、高周波特性を改善できるとしている。
【０００５】
図１０に示すように、コイル層４は、第１の磁性層５と第２の磁性層３との間に介在し、各磁性層５，３は、それぞれ複数の磁性膜５ａないし５ｃ，３ａないし３ｃが積層されて形成されている。
【０００６】
また図１０に示すように、磁性層５，３を構成する各磁性膜は、全て同じ幅寸法ｔ１、同じ膜厚ｈ１、及び同じ透磁率μ１で形成されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図１０に示すように磁性層５，３を構成する各磁性膜が、全て同じ幅寸法ｔ１、同じ膜厚ｈ１、及び同じ透磁率μ１で形成されていると、コイル層４に近い磁性膜ほど、前記コイル層４からの磁束が集中し、各磁性膜に均一な磁束分布が形成されず、全ての磁性膜を同等に機能させることができなかった。
【０００８】
磁性層４を構成する各磁性膜は、同じ膜厚ｈ１で形成されているために、コイル層４に最も近い磁性膜５ａ，３ａは、前記コイル層４から発生する磁束による磁性膜内の磁束密度が高くなり、磁化飽和状態に達し易い。前記磁性膜５ａ，３ａがほぼ磁化飽和状態に達すると、前記磁性膜５ａ，３ａは実質的に磁性膜として機能せず、空心と同様の状態となる。
【０００９】
すなわち従来は、磁性膜を積層して磁性層を構成することで、渦電流損失の低減を図っていたが、前記各磁性膜をすべて同じ膜厚ｈ１、及び同じ透磁率μ１で形成すると、コイル層４に近い磁性膜ほど、コイル層４からの磁束が集中し、励振電流の振幅、或いは重畳される直流電流の増加にともない磁性膜が飽和状態に近づくため、インダクタンスの低下などの問題が生じる。
【００１０】
ところで、コイル層４に近い磁性膜ほどコイル層４からの磁束が集中し、各磁性膜において、均一な磁束分布が得られていないことは、以下で説明する各磁性膜の損失等価抵抗からも実証される。
【００１１】
図１１は、周波数と、各磁性膜の損失等価抵抗との関係を示すグラフである。図１１に示すように、全ての周波数帯域において、最もコイル層４に近い磁性膜５ａ，３ａが、最も損失等価抵抗が大きく、続いて磁性膜５ｂ，３ｂの損失等価抵抗が大きく、最もコイル層４から遠い磁性膜５ｃ，３ｃが、最も損失等価抵抗は小さくなることがわかる。
【００１２】
このように各磁性膜において損失等価抵抗が異なるのは、コイル層４から各磁性層に誘導される磁束量が異なるためである。コイル層４に近い磁性膜ほどコイル層４から発生する磁束が多く誘導されるので、コイル層４に近い磁性膜ほど損失等価抵抗は大きくなる。
【００１３】
また、前述のように、前記コイル層４に最も近い磁性膜５ａ，３ａが、磁化飽和状態に達すると、磁性膜５，３として機能する部分は、磁性膜５ｂ，３ｂと磁性膜５ｃ，３ｃだけになり、磁性膜５，３の膜厚が実質的に減少することとなる。このため、インダクタンスは低下し、直流重畳特性の低下を招く。
【００１４】
また磁性膜５ａ，３aが磁化飽和状態に達すると、前記コイル層４から発生する磁束は、前記磁性膜５ａ，３ａに次いでにコイル層４に近い磁性膜５ｂ，３ｂに集中し、前記磁性膜５ａ，３ａと同様に前記磁性膜５ｂ，３ｂが磁化飽和に達しやすくなるため更なる直流重畳特性の低下を招く原因となる。
【００１５】
本発明は上記従来の問題を解決するためのものであり、特にコイル層に最も近い磁性膜への前記コイル層からの磁束の集中を回避し、好ましくは、各磁性膜にほぼ均一な磁束分布が得られるようにして、インダクタンスをある一定以上に確保でき、直流重畳特性の向上が可能なインダクティブ素子を提供することを目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、コイル層および、絶縁層を介して前記コイル層を覆う磁性層が設けられたインダクティブ素子において、前記磁性層は、少なくとも２層の磁性膜が重ねられて形成されており、各磁性膜の膜厚が相違することによって、各磁性膜の透磁率と膜厚との積の値が相違し、前記磁性層を形成する任意の２つの磁性膜を比較したときに、前記コイル層に近い磁性膜の透磁率と膜厚との積の値が、前記コイル層から遠い磁性膜の前記透磁率と膜厚との積の値よりも小さくなる磁性膜の組み合わせを含むことを特徴とするものである。
この構成では、前記各磁性膜の透磁率が同じであっても、前記各磁性膜の膜厚を相違させることで、前記透磁率と膜厚との積の値を相違させることができる。
【００１７】
従来、磁性層を多層化する場合には、複数の磁性膜を、同じ透磁率、及び同じ膜厚で形成していたので、コイル層に近い磁性膜ほどコイル層からの磁束が集中し、各磁性膜に均一な磁束分布が形成されず、各磁性膜が同等に機能していなかった。特に磁束の集中するコイル層に近い磁性膜は、磁化飽和状態に達して実質的に磁性膜としての機能せず、直流重畳特性やインダクタンスの低下などを招き、磁性層を多層化する効果が十分に発揮されない現状がある。
【００１８】
これに対し本発明では、前記磁性層を形成する任意の２つの磁性膜を比較したときに、前記コイル層に近い磁性膜の透磁率と膜厚との積の値を、前記コイル層から遠い磁性膜の前記透磁率と膜厚との積の値よりも小さくすることで、コイル層に近い磁性膜に磁束が集中するのを回避できる。
【００１９】
また、前記磁性層が３層以上重ねられた磁性膜を有するときには、コイル層に近い磁性膜へのコイル層からの磁束の集中を回避し、コイル層から遠ざかる磁性膜に磁束が誘導されやすくするために、前記コイル層に最も近い磁性膜の透磁率と膜厚との積の値が、それ以外の磁性膜の透磁率と膜厚との積の値よりも小さいことが好ましく、前記コイル層から最も遠い磁性膜の透磁率と膜厚との積の値が、それ以外の磁性膜の透磁率と膜厚との積の値よりも大きいとより好ましく、最も好ましくは、前記磁性膜の透磁率と膜厚との積の値が、前記コイル層から遠ざかるにしたがって順に大きくなることである。
【００２０】
すなわち本発明では、コイル層から最も近い磁性膜へのコイル層からの磁束の集中を回避でき、またコイル層から遠ざかる磁性膜に誘導される磁束量を多くすることができ、各磁性膜に見合った磁束量をコイル層から誘導することが可能になる。これにより各磁性膜の磁束密度分布を均一な状態に近づけることができ、全ての磁性膜を、ほぼ同等に機能させることが可能になる。本発明によれば、各磁性膜の透磁率と膜厚との積の値を適正に調整することで、各磁性膜の損失等価抵抗の総和を低減し、従来と比較して直流重畳特性を向上でき、また、インダクタンスの低下を防ぐことができる。また、鉄損の低減を図ることもできる。特に、高周波領域における鉄損の低下を図ることが可能である。
【００２１】
また、本発明は、各磁性膜の膜厚の調整及び磁性材料の選択を適切に行うことで、各磁性膜に対し、より均一な磁束分布が得られ、全ての磁性膜をほぼ同等に機能させることが可能である。
【００２２】
また、本発明は、コイル層および、絶縁層を介して前記コイル層を覆う磁性層が設けられたインダクティブ素子において、前記磁性層は、少なくとも２層の磁性膜が重ねられて形成されており、前記磁性層を形成する任意の２つの磁性膜を比較したときに、前記コイル層に近い磁性膜の膜厚が、前記コイル層から遠い磁性膜の膜厚よりも小さくなる磁性膜の組みあわせを含むことを特徴とするものである。
【００２３】
前記磁性層が３層以上重ねられた磁性膜を有する場合には、前記コイル層に最も近い磁性膜の膜厚が、それ以外の磁性膜の膜厚よりも小さいことが好ましく、また、前記コイル層から最も遠い磁性膜の膜厚が、それ以外の磁性膜の膜厚よりも大きいことが好ましい。より好ましくは、前記磁性膜の膜厚が、前記コイル層から遠ざかるにしたがって順に大きくなることである。
【００２６】
さらに本発明では、前記磁性層を形成する各磁性膜のうち、コイル層に最も近い磁性膜は、その両側端部がそれ以外の少なくとも１つの磁性膜の両側端部よりも中心側に位置するように形成されていることが好ましく、コイル層から最も遠い磁性膜は、その両側端部がそれ以外の少なくとも１つの磁性膜の両側端部よりも側方へ延出するように形成されているとより好ましい。また、前記磁性層を形成するいずれか２つの磁性膜を比較したときに、前記コイル層から遠い磁性膜の両側端部が、前記コイル層に近い磁性膜の両側端部よりも側方へ延出するように、コイル層から遠ざかる磁性膜ほど幅寸法が大きく形成されていることが最も好ましい。
【００２７】
これにより、コイル層に最も近い磁性膜へのコイル層からの磁束の集中を、より適切に回避することができ、しかも、さらにコイル層から遠ざかる磁性膜ほど、コイル層からの磁束が誘導されやすくなるので、各磁性膜の磁束分布がより均一になり、従って全ての磁性層を適切に機能させることが可能である。
【００２８】
また、前記磁性層を形成する各磁性膜のうち、前記コイル層から最も遠い磁性膜を除いた少なくとも一つの磁性膜に、スリット或いは切り欠き部が形成されていることが好ましい。
【００２９】
前記コイル層から最も遠い磁性膜を除いた少なくとも一つの磁性膜に、スリット或いは切り欠き部が形成されていることにより、コイル層に近い磁性膜への磁束の集中を防ぎ、各磁性膜において均一な磁束密度分布を得ることができ、損失等価抵抗が減少する。従って、本発明のインダクタンス素子は、各磁性膜の損失等価抵抗の総和を低減させることができ、直流重畳特性を向上でき、従来と同等以上のインダクタンスを確保できる。また、前記コイル層から最も遠い磁性膜には、スリット或いは切り欠き部が形成されず、磁気シールドとして機能する。
【００３０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明における薄膜インダクタ（インダクティブ素子）の構造を示す部分斜視図、図２は図１の切断線２−２をａ方向から切断した際の部分断面図である。
【００３１】
図２に示すように、本発明における薄膜インダクタ１０は、基板上に第１の磁性層１１と、前記第１の磁性層１１の上に、例えばＳｉＯ2等の絶縁材料で形成された絶縁層（図示しない）を介して形成されたコイル層１２と、このコイル層１２の上に絶縁層（図示しない）を介して形成された第２の磁性層１３とを有して構成されている。なお図１では、コイル層１２の上に絶縁層を介して形成される第２の磁性層１３は図面上省略されている。
【００３２】
図１及び図２に示すように、第１の磁性層１１は、複数の磁性膜１１ａないし１１ｃが絶縁膜（図示しない）を介して積層されて形成されている。
【００３３】
また図１に示すように、前記第１の磁性層１１上に形成されるコイル層１２は平面的に螺旋状に形成されており、前記コイル層１２は例えば銅などの電気抵抗の低い導電性材料でパターン形成される。このように、本発明は平面型のコイルを用いた平面型磁気素子に適用することができる。
【００３４】
図１に示すように前記コイル層１２の巻き中心１２ａは、例えば第１の磁性層１１の中央に開けられたスルーホール（図示しない）を通って、外部に通じる取り出し電極（図示しない）に電気的に接続されている。また図１に示すコイル層１２の巻き外端１２ｂも、他の取り出し電極に電気的に接続された状態になっている。
【００３５】
また前記コイル層１２の上に絶縁層を介して形成される第２の磁性層１３は、図２に示すように、複数の磁性膜１３ａないし１３ｃが絶縁膜（図示しない）を介して積層されて形成されている。
【００３６】
このように本発明では、上述のように、第１の磁性層１１及び第２の磁性層１３は、複数の磁性膜１１ａないし１１ｃ，１３ａないし１３ｃが積層されて構成されており、前記磁性層が単一の層で形成される場合に比べ、渦電流損を低減させることが可能である。
【００３７】
ところで本発明では、図１及び図２に示すように、コイル層１２から遠ざかる磁性膜の膜厚ほど、厚く形成されている。図１及び２に示すように、第１の磁性層１１のうち、コイル層１２に最も近い位置に形成される磁性膜１１ａは、その膜厚がｈ４で形成され、コイル層１２から最も離れた位置に形成される磁性膜１１ｃは、その膜厚がｈ６で形成され、前記磁性膜１１ａと１１ｃとの間に形成される磁性膜１１ｂの膜厚は、ｈ５で形成されており、前記膜厚ｈ４，ｈ５及びｈ６は、コイル層１２から遠ざかるに従って大きく形成されている。
【００３８】
また第２の磁性層１３においても、図２に示すように、磁性膜１３ａないし１３ｃの膜厚ｈ７ないしｈ９は、膜厚ｈ７、ｈ８及びｈ９の順に大きくなっており、コイル層１２から離れる磁性膜ほど膜厚が大きく形成されることがわかる。
【００３９】
このように本発明では、コイル層１２から遠ざかる磁性膜ほど膜厚が大きく形成され、この構造によりコイル層１２から発生する磁束が、コイル層１２から遠ざかる磁性膜に導かれ易くなり、従来のようにコイル層１２に最も近い磁性膜１１ａ，１３ａにのみ集中していた磁束を各磁性膜に、適切に分散させることが可能である。
【００４０】
また、コイル層１２から遠ざかる磁性膜ほど透磁率と膜厚との積の値も大きくなっている。
【００４１】
本発明ではこのように、コイル層１２から遠ざかる磁性膜ほど膜厚が厚く形成され、この構造によりコイル層１２から発生する磁束がコイル層１２から遠い磁性膜に多く誘導されるため、従来であればコイル層１２に最も近い磁性膜１１ａ，１３ａにのみ集中していた磁束を各磁性膜に適切に分散させることが可能である。
【００４２】
本発明ではこのように、コイル層１２から遠ざかる磁性膜ほど膜厚を厚く形成すること、すなわち、コイル層１２から遠い磁性膜ほど磁気回路における磁気抵抗を小さくすることで、大きな磁束量が誘導されることとなる。このため、各磁性膜の磁束密度が均等な状態に近づき、コイル層１２に近い磁性膜１１ａ，１３ａのみが飽和することを回避することが可能である。
【００４３】
すなわち本発明では、各磁性膜が、その膜厚に見合った磁束量を、コイル層１２から有効に誘導することができ、これにより各磁性膜にほぼ均一な磁束分布が形成される。なお、１つの磁性膜の厚みは、０．５〜１５μｍであることが好ましい。１つの磁性膜の厚みが１５μｍ以上であると、インダクタンスの増加を見込み難くなる。
【００４４】
また図１及び図２に示す実施例においては、コイル層１２から遠ざかる磁性膜ほど幅寸法が大きく形成されていることがわかる。
【００４５】
本発明では、図１及び図２に示すように、第１の磁性層１１を構成する各磁性膜のうち、コイル層１２に最も近い磁性膜１１ａの幅寸法ｔ２が最も短く形成され、コイル層１２に最も遠い磁性膜１１ｃの幅寸法ｔ４が最も長く形成され、前記磁性膜１１ａと１１ｃとの間に位置する磁性膜１１ｂの幅寸法ｔ３が、磁性膜１１ａの幅寸法ｔ２よりも長く形成され、且つ磁性膜１１ｃの幅寸法ｔ４よりも短く形成されている。
【００４６】
同様に第２の磁性層１３を構成する各磁性膜のうち、コイル層１２に最も近い磁性膜１３ａの幅寸法ｔ５が最も短く形成され、コイル層１２に最も遠い磁性膜１３ｃの幅寸法ｔ７が最も長く形成され、前記磁性膜１３ａと１３ｃとの間に位置する磁性膜１３ｂの幅寸法ｔ６が、磁性膜１３ａの幅寸法ｔ５よりも長く形成され、且つ磁性膜１３ｃの幅寸法ｔ７よりも短く形成されている。
【００４７】
このようにコイル層１２から遠ざかる磁性膜ほど幅寸法が長く形成されることにより、中間に位置する磁性膜１１ｂ，１３ｂの両側端部は、コイル層１２に最も近い位置に形成された磁性膜１１ａ，１３ａの両側端部よりも側方へ延出して形成され、さらにコイル層１２から最も遠い位置に形成された磁性膜１１ｃ，１３ｃの両側端部は、中間に位置する磁性膜１１ｂ，１３ｂの両側端部よりも側方へ延出して形成されている。
【００４８】
このようにコイル層１２から遠ざかる磁性膜の両側端部ほど、外側に延出して形成されることにより、コイル層１２から遠ざかる磁性膜ほど、コイル層１２から発生する磁束が誘導されやすくなり、各磁性膜の磁束密度を効果的に均一化することが可能である。
【００４９】
なお各磁性膜の両側端部が、コイル層１２に近い側に形成された磁性膜の両側端部より側方へ延出して形成される幅寸法を、オーバーハング量と呼ぶが、本発明ではこのオーバーハング量を適切に調整することで、各磁性膜における磁束分布の均一化を促進させることができる。
【００５０】
さらに本発明では、磁性層１１，１３を構成する各磁性膜が同じ材質で形成されていてもよいし、あるいは異なった材質で形成されていてもよいが、高周波特性の向上という観点からすると、磁性材料に求められる１つの特性として高比抵抗が挙げられ、各磁性膜は、高比抵抗を有する磁性材料で形成されていることが好ましい。
【００５１】
前記磁性層１１，１３を構成する各磁性膜１１ａないし１１ｃ、及び１３ａないし１３ｃは、高周波特性に優れた軟磁性膜であり、例えば、特開平６−３１６７４８号公報に記載されているＦｅ−Ｍ−Ｏ系軟磁性材料（但し、Ｍは、Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｃｒ，Ｐ，Ｃ，Ｂ，Ｇａ，Ｇｅと希土類元素から選ばれる１種あるいは２種以上の元素）あるいは特開平１０−２５５３０号公報に記載されているＣｏ−Ｆｅ−Ｅ−Ｏ系軟磁性材料（但し、元素Ｅは、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｃｒ，Ｐ，Ｃ，Ｂ，Ｇａ，Ｇｅと希土類元素から選ばれる１種または２種以上の元素）や、Ｃｏ−Ｔａ−Ｈｆ、Ｃｏ−Ｔａ−Ｈｆ−Ｐｄ、Ｃｏ−Ｚｒ−Ｎｂ、Ｃｏ−Ｚｒ−Ｔａ、あるいはＣｏ−Ｈｆ−Ｎｂ等により形成される。
【００５２】
さらに本発明では、各磁性膜の磁束分布の均一化をより効果的に図るために、コイル層１２から遠ざかる磁性膜ほど、高い透磁率を有する磁性材料で形成されることが好ましい。このように各磁性膜の透磁率を変えるには、元々透磁率の異なる組成の異なった磁性材料を適正に選択して、磁性膜に使用する場合のみならず、全ての磁性膜を同じ組成の磁性材料で形成する場合でも、前記磁性材料の構成元素の組成比等を変えることによって、透磁率を変えることもできる。
【００５３】
上記のようにコイル層１２から遠ざかる磁性膜ほど、高い透磁率を有する磁性材料で形成することにより、コイル層１２から遠ざかる磁性膜ほど、コイル層１２からの磁束が誘導されやすくなり、各磁性膜の磁束分布の均一化を促進させることができる。
【００５４】
以上のように本発明では、コイル層１２から遠ざかる磁性膜ほど膜厚を厚く形成することにより、コイル層１２から遠ざかる磁性膜ほど、コイル層１２からの磁束が誘導されやすくなる。従って、各磁性膜は、各磁性膜の膜厚に見合った磁束量をコイル層から取り入れることができ、各磁性膜の磁束分布の均一化を効果的に図ることが可能である。またコイル層１２から遠ざかる磁性膜ほど幅寸法を大きくしたり、あるいはコイル層１２から遠ざかる磁性膜ほど透磁率の高い磁性材料で形成することにより、さらに効果的に各磁性膜の磁束分布の均一化を促進させることができる。
【００５５】
各磁性膜の磁束分布がほぼ均一な状態であると、各磁性膜の損失等価抵抗をほぼ同じ値にすることができ、各磁性膜の損失等価抵抗の総和を低減させることができ、直流重畳特性を向上でき、従来と同程度、あるいはそれ以上のインダクタンスを確保できる。また、特に高周波帯域において、鉄損を低減させることができる。
【００５６】
なお図１及び図２に示す実施例においては、コイル層１２から遠ざかる磁性膜ほど幅寸法を大きくしているが、各磁性膜の幅寸法は同じ寸法で形成されていてもかまわない。さらに図１及び図２に示す実施例においては、コイル層１２から遠ざかる磁性膜ほど、高い透磁率を有する磁性材料によって形成しているが、全ての磁性膜が、ほぼ同程度の透磁率を有する磁性材料によって形成されていてもかなわない。
【００５７】
図３は、参考例の薄膜インダクタ（インダクティブ素子）の構造を示す部分断面図である。
【００５８】
図３に示すように薄膜インダクタ１５は、基板上に第１の磁性層１６が形成され、また前記第１の磁性層１６の上に絶縁層（図示しない）を介してコイル層１７が螺旋状にパターン形成されており、さらに前記コイル層１７の上に、絶縁層（図示しない）を介して第２の磁性層１８が形成されている。
【００５９】
この参考例においても第１の磁性層１６及び第２の磁性層１８は、複数の磁性膜１６ａないし１６ｃ、及び１８ａないし１８ｃが、絶縁膜（図示しない）を介して積層されて構成されており、磁性層１６，１８の多層化により渦電流損失の低減を図ることができる。
【００６０】
図３に示すように各磁性膜は、ほぼ同じ膜厚ｈ１０で形成されている。そして、この参考例においては、コイル層１７から遠ざかる磁性膜ほど、高い透磁率を有する磁性材料で形成されることにより、コイル層１７から遠ざかる磁性膜ほど透磁率と膜厚との積の値が大きくなっている。
【００６１】
前述したように、各磁性膜１６ａないし１６ｃ、及び１８ａないし１８ｃは、例えば、特開平６−３１６７４８号公報に記載されているＦｅ−Ｍ−Ｏ系軟磁性材料（但し、Ｍは、Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｃｒ，Ｐ，Ｃ，Ｂ，Ｇａ，Ｇｅと希土類元素から選ばれる１種あるいは２種以上の元素）あるいは特開平１０−２５５３０号公報に記載されているＣｏ−Ｆｅ−Ｅ−Ｏ系軟磁性材料（但し、元素Ｅは、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｃｒ，Ｐ，Ｃ，Ｂ，Ｇａ，Ｇｅと希土類元素から選ばれる１種または２種以上の元素）等により形成される。
【００６２】
各磁性膜の透磁率を変えるには、元々透磁率の異なる組成の異なった磁性材料を適正に選択して、磁性膜に使用する場合のみならず、全ての磁性膜を同じ組成の磁性材料で形成する場合でも、前記磁性材料の構成元素の組成比等を変えることによって、透磁率を変えることもできる。
【００６３】
このようにコイル層１７から遠ざかる磁性膜ほど、透磁率の高い磁性材料で形成することで、コイル層１７から遠ざかる磁性膜ほど、コイル層１７からの磁束が誘導されやすくすることができる。
【００６４】
従来では、図３に示す参考例と同様に、各磁性膜をほぼ同じ膜厚で形成していたが、各磁性膜を全て同じ磁性材料で形成していたので、各磁性膜における透磁率はほぼ同じ値であり、従ってコイル層からの磁束は、コイル層に近い磁性膜に集中し、各磁性膜に均一な磁束分布を形成できなかった。
【００６５】
これに対し図３に示す参考例では、各磁性膜の透磁率を、コイル層１７から遠ざかる磁性膜ほど高くすることで、コイル層１７から発生する磁束は、前記コイル層１７に最も近い磁性膜１６ａ，１８ａのみならず、コイル層１７から距離の離れる磁性膜１６ｂ，１８ｂ及び１６ｃ，１８ｃにも適切に導かれ、各磁性膜全てにほぼ同程度の磁束量を吸収させることができる。よって参考例によれば、各磁性膜の磁束分布の均一化を図ることが可能であり、これにより各磁性膜の損失等価抵抗をほぼ同じ値にすることができ、各磁性膜の損失等価抵抗の総和を低減させることができ、直流重畳特性を向上でき、従来と同程度、あるいはそれ以上のインダクタンスを確保できる。また、特に高周波帯域において、鉄損を低減させることができる。
【００６６】
なお図３に示す参考例では、図１及び図２に示す実施例の場合と同様に、コイル層１７から遠ざかる磁性膜ほど、幅寸法が大きく形成されている。第１の磁性層１６では、磁性膜１６ａの幅寸法ｔ８、磁性膜１６ｂの幅寸法ｔ９、及び磁性膜１６ｃの幅寸法ｔ１０の順で大きくなっており、同様に、第２の磁性層１８では、磁性膜１８ａの幅寸法ｔ１１、磁性膜１８ｂの幅寸法ｔ１２、及び磁性膜１８ｃの幅寸法ｔ１３の順で大きくなっている。
【００６７】
このように、コイル層１７から遠ざかる磁性膜ほど、幅寸法を大きく形成することで、コイル層１７から遠ざかる磁性膜の両側端部ほど、外側に延出して形成され、これによりコイル層１７から遠ざかる磁性膜ほど、コイル層１７から発生する磁束が誘導されやすくなり、各磁性膜の磁束密度をより均一化することが可能である。
【００６８】
ただし本発明では、磁性層１６，１８を構成する各磁性膜の幅寸法が、ほぼ同一の幅寸法で形成されていてもかまわない。
【００６９】
図４は、本発明の他の実施例における薄膜インダクタ（インダクティブ素子）の構造を示す部分平面図である。なお図４に示す薄膜インダクタには、第２の磁性層は図面上省略されている。
【００７０】
図４に示すように、第１の磁性層２０は、複数の磁性膜２０ａないし２０ｃが、絶縁層（図示しない）を介して積層されて構成されており、前記第１の磁性層２０の上に絶縁層（図示しない）を介してコイル層２１が螺旋状にパターン形成されている。そして前記コイル層２１の上には、絶縁層（図示しない）を介して図示しない第２の磁性層が形成されている。この第２の磁性層も第１の磁性層２０と同様に複数の磁性膜が積層されて構成されている。
【００７１】
この実施例においては、コイル層２１から遠ざかる磁性膜ほど膜厚が大きくなって形成されている。図４に示すように、磁性層２０の中央には、磁性膜２０ａから磁性膜２０ｃにまで貫通する穴部２０ｄが形成されている。そしてコイル層２１の巻き中心部２１ａは、前記穴部２０ｄ内を通って、外部に通じる取り出し電極（図示しない）に電気的に接続されている。
【００７２】
またこの実施例では、図４に示すように、コイル層２１から遠ざかる磁性膜ほど幅寸法が大きく形成されている。コイル層２１に最も近い位置に形成された磁性膜２０ａは、幅寸法がｔ１４で形成され、前記磁性膜２０ａの次にコイル層２１に近い位置に形成された磁性膜２０ｂは、幅寸法がｔ１５で形成され、コイル層２１から最も遠い位置に形成された磁性膜２０ｃは幅寸法がｔ１６で形成されている。そして前記幅寸法は、磁性膜２０ａの幅寸法ｔ１４、磁性膜２０ｂの幅寸法ｔ１５、及び磁性膜２０ｃの幅寸法ｔ１６の順で大きく形成されていることがわかる。
【００７３】
このようにコイル層２１から遠ざかる磁性膜ほど幅寸法が大きく形成されることで、コイル層２１から遠ざかる磁性膜の両側端部ほど、コイル層２１の内径及び外径から延出して形成される。
【００７４】
すなわちこの実施例においては、磁性層２０に形成された穴部２０ｄ内においても、コイル層２１から遠ざかる磁性膜の側端部ほど、前記穴部２０ｄの中心方向に延出して形成された状態になるので、この穴部２０ｄ内においても、コイル層２１から遠ざかる磁性膜は、コイル層２１からの磁束を引き込み易くなる。
【００７５】
よってこの実施例においては、より効果的に、コイル層２１から遠ざかる磁性膜ほど、コイル層２１からの磁束が誘導されやすくなり、従って、コイル層２１からの磁束を各磁性膜へ適正に分散させることができ、各磁性膜の磁束分布の均一化を図ることが可能である。
【００７６】
なおコイル層２１から遠ざかる磁性膜ほど高い透磁率を有する磁性材料で形成されることが好ましいが、全ての磁性膜がほぼ均一な透磁率を有する磁性材料で形成されていてもかまわない。
【００７７】
図５は本発明における他の実施例を示す薄膜インダクタ（インダクティブ素子）の部分平面図である。なお図５に示す薄膜インダクタには、第２の磁性層は図面上省略されている。
【００７８】
図５に示すように、第１の磁性層２２は、複数の磁性膜２２ａないし２２ｃが、絶縁層（図示しない）を介して積層されて構成されており、前記第１の磁性層２２の上に絶縁層（図示しない）を介してコイル層２３が螺旋状にパターン形成されている。そして前記コイル層２３の上には、絶縁層（図示しない）を介して図示しない第２の磁性層が形成されている。この第２の磁性層も第１の磁性層２２と同様に複数の磁性膜が積層されて構成されている。
【００７９】
この実施例においては、図５に示すように、磁性層２２の中央に、磁性膜２２ａから磁性膜２２ｃにまで貫通する穴部２２ｄが形成されている。
【００８０】
またこの実施例においても、コイル層２３から遠ざかる磁性膜ほど膜厚が大きく形成されていることが磁束分布の均一化を促進させる上で好ましい。
【００８１】
さらに図５に示すように、コイル層２３から遠ざかる磁性膜ほど、幅寸法が大きく形成されている。図５に示すように、コイル層２３に最も近い位置に形成された磁性膜２２ａは幅寸法がｔ１７で形成され、前記磁性膜２２ａの次にコイル層２３に近い磁性膜２２ｂの幅寸法がｔ１８で形成され、さらにコイル層２３から最も遠い位置に形成された磁性膜２２ｃの幅寸法がｔ１９で形成されている。
【００８２】
このようにコイル層２３から遠ざかる磁性膜ほど幅寸法が大きく形成されることで、コイル層２３から遠ざかる磁性膜の両側端部ほど、コイル層２３の内径及び外径から延出して形成される。
【００８３】
またこの実施例においては、図５に示すように、磁性膜２２ｃの上に形成される磁性膜２２ｂと磁性膜２２ａには、矢印ｂ方向と、矢印ｃ方向にスリット２４，２５が入れられており、これにより磁性膜２２ａと磁性膜２２ｂは、それぞれ２つに分断された状態になっている。
【００８４】
なお前記スリット２４，２５の方向（ｂ方向、ｃ方向）は、磁化困難軸方向（図示Ｘ方向）であることが好ましい。ところで、コイル層２３からの磁束は、各磁性膜内にて透磁率の高くなっている磁化困難軸方向（図示Ｘ方向）において誘導される磁束量が大きい。このため、各磁性膜の磁束密度分布を可視化すると、図示Ｘ方向に延びて形成された部分の磁性膜の磁束密度分布の方が、図示Ｙ方向に延びて形成された部分の磁性膜に比べ、高い磁束密度領域を有するものとなる。
【００８５】
上記のように、磁性膜２２ａ及び磁性膜２２ｂに形成されたスリット２４，２５が、磁化困難軸方向と同じ方向に形成されると、前記スリット２４，２５の形成により、前記磁性膜２２ａ及び２２ｂが磁化困難軸方向（図示Ｘ方向）と平行に分断されることになる。すなわちスリット２４，２５の形成された部分は、磁性膜にとって、コイル層２３から誘導される磁束量が大きくなる部分であり、コイル層２３から遠い磁性膜においても十分な磁束量が誘導されやすくなる。
【００８６】
さらに図５に示すように、コイル層２３に最も近い位置に形成された磁性膜２２ａのスリット２４，２５の幅寸法はｔ２０で、前記磁性膜２２ａの次にコイル層２３に近い位置に形成される磁性膜２２ｂのスリット２４，２５の幅寸法はｔ２１であり、コイル層２３に近い側の磁性膜２２ａのスリット２４，２５の幅寸法の方が大きく形成されている。
【００８７】
このため、前記コイル層２３から発生する磁束は、スリット２４，２５の幅寸法がｔ２０で形成された磁性膜２２ａ、前記幅寸法ｔ２０よりも小さい幅寸法ｔ２１で形成されたスリット２４，２５を有する磁性膜２２ｂ、及び全くスリットの形成されていないコイル層２３から最も遠い位置に形成された磁性膜２２ｃの順に導かれ易くなるので、より効果的に各磁性膜の磁束分布をほぼ均一な状態にすることができる。
【００８８】
なおこの実施例においても、コイル層２３から遠ざかる磁性膜ほど高い透磁率を有する磁性材料で形成されることが好ましいが、全ての磁性膜がほぼ均一な透磁率を有する磁性材料で形成されていてもかまわない。
【００８９】
前記各磁束密度分布がほぼ均一な状態になると、各磁性膜の損失等価抵抗をほぼ同じ値にすることができ、各磁性膜の損失等価抵抗の総和を低減させることができ、直流重畳特性を向上でき、従来と同程度、あるいはそれ以上のインダクタンスを確保できる。また、特に高周波帯域において、鉄損を低減させることができる。
【００９０】
なお図５に示す実施例では、スリット２４，２５が二つ形成されているが、さらに多くのスリットが形成されていてもかまわない。またスリットにより磁性膜を分断するのではなく、磁性膜の途中にまで切り欠きが形成されたものであってもよい。さらに図５では、磁性膜２２ａ，２２ｂにスリット２４，２５が形成されているが、磁性膜２２ｃにスリットが形成されていてもかまわない。この場合、前記磁性膜２２ｃに形成されるスリットの幅寸法が、磁性膜２２ａ及び磁性膜２２ｂに形成されるスリットに形成される幅寸法に比べて小さいことが好ましい。さらに前記スリット２４，２５は、コイル層２３に最も近い位置に形成された磁性膜２２ａにのみ形成されていてもかまわない。
【００９１】
以上詳述したように本発明では、磁性層を構成する複数の磁性膜の膜厚、幅寸法、あるいは材質等を改良することで、コイル層から遠ざかる磁性膜ほどコイル層からの磁束が誘導されやすくなり、各磁性膜にほぼ均一な磁束分布を形成することが可能になる。
【００９２】
前記各磁束分布がほぼ均一な状態になると、各磁性膜の損失等価抵抗をほぼ同じ値にすることができ、各磁性膜の損失等価抵抗の総和を低減させることができ、直流重畳特性を向上でき、従来と同程度、あるいはそれ以上のインダクタンスを確保できる。また、特に高周波帯域において、鉄損を低減させることができる。
【００９３】
また上記で説明した実施例では、コイル層の上下に絶縁層を介して、第１の磁性層と第２の磁性層が設けられているが、本発明では、前記コイル層に絶縁層を介して少なくとも１つの磁性層が形成された形態のインダクティブ素子にも適応可能なものである。
【００９４】
また上記で説明した実施例では、第１の磁性層及び第２の磁性層がいずれも複数の磁性膜を積層した構造で形成されていたが、本発明では、第１の磁性層または第２の磁性層のどちらか一方の磁性層が、複数の磁性膜を積層した構造のものであってもかまわない。また上記で説明した実施例では、図面上、いずれも磁性層は３層の磁性膜の積層構造であったが、前記磁性膜は２層でもよいし、あるいは３層より多くてもよい。磁性膜の層数は、例えば、２層から１２層である。
【００９５】
また、磁性層を構成する各磁性膜の膜厚を1層ごとに変えるのでなく、２層を一組として、２層ごとに各磁性層の膜厚を変えてもよい。
【００９６】
なお上記した実施例は、いずれも最も好ましい形状を表したものであり、本発明では、上記以外の形状で形成されていてもかまわない。
【００９７】
本発明では、磁性層を形成するいずれか２つの磁性膜を比較したときに、前記コイル層に近い磁性膜の透磁率と膜厚との積の値が、前記コイル層から遠い磁性膜の前記透磁率と膜厚との積の値よりも小さければよい。
【００９８】
また、図１ないし図５に示されたように、磁性層が３層重ねられた磁性膜を有しているときは、コイル層に最も近い磁性膜の透磁率と膜厚との積の値が、それ以外の磁性膜の透磁率と膜厚との積の値よりも小さいことが好ましく、コイル層から最も遠い磁性膜の透磁率と膜厚との積の値が、それ以外の磁性膜の透磁率と膜厚との積の値よりも大きいことがより好ましい。
【００９９】
具体的には、図１及び図２に示された１つの磁性層１１又は１３を構成するいずれか２つの磁性膜を比較したときに、コイル層１２に近い方の磁性膜の透磁率と膜厚との積の値が、コイル層１２から遠い方の磁性膜の透磁率と膜厚との積の値よりも小さければよい。
【０１００】
好ましくは、上記構成に加え、コイル層１２に最も近い磁性膜１１ａ，１３ａの透磁率と膜厚との積の値が、それ以外の磁性膜の透磁率と膜厚との積の値に比べて、最も小さく形成されていることであり、より好ましくは、上記構成に加え、コイル層１２に最も遠い磁性膜１１ｃ，１３ｃの透磁率と膜厚との積の値が、それ以外の磁性膜の透磁率と膜厚との積の値に比べ、最も大きく形成されていることである。
【０１０１】
さらに本発明では、各実施例における好ましい構造として、磁性膜の両側端部が、前記磁性膜よりもコイル層に近い側に形成された磁性膜の両側端部より側方へ延出するように、コイル層から遠ざかる磁性膜ほど幅寸法が大きく形成されているが、本発明では、１つの磁性層を形成する各磁性膜のうち、コイル層に最も近い磁性膜の両側端部が、それ以外の少なくとも１つの磁性膜の両側端部よりも中心側に位置するように形成されているか、もしくは、１つの磁性層を形成する各磁性膜のうち、コイル層から最も遠い磁性膜の両側端部がそれ以外の少なくとも１つの磁性膜の両側端部よりも側方へ延出するように形成されていればよい。
【０１０２】
上記構成によっても、本発明では、少なくともコイル層に最も近い磁性膜へのコイル層からの磁束の集中を回避することができ、また好ましくは、各磁性膜に、均一な磁束分布を形成でき、高周波損失を抑制することが可能になる。
【０１０３】
また本発明では、平面型磁気素子である薄膜インダクタについて説明したが、同じ平面型磁気素子である１次平面コイルと２次平面コイルを有する薄膜トランスなどの他のインダクティブ素子についても本発明を適用することができる。また、多層化された磁性層を有するインダクティブ素子について本発明を適用することができる。
【０１０４】
なお、薄膜インダクタや薄膜トランスは薄膜形成プロセスを有する工程で製造される薄膜磁気素子である。
【０１０５】
【実施例】
本発明では、図４に示す薄膜インダクタのように、磁性層の中央に穴部を形成し、前記磁性層を構成する各磁性膜の膜厚や幅寸法を変えた場合における各磁性膜の磁束分布を三次元有限要素法（ＦＥＭ）で測定した。まず実験の諸条件について以下に説明する。
【０１０６】
薄膜インダクタを構成するコイル層の導体幅を６０μｍ、導体間隔を２５μｍ、さらに巻き数を６ターンで形成した。
【０１０７】
また磁性層を構成する各磁性膜を、比透磁率が磁化困難軸方向にμhard＝１８００、磁化容易軸方向にμeasy＝３００、比抵抗が、１０００μΩ・ｃｍである磁性材料を用いて形成した。また第１の磁性層と第２の磁性層との間の間隔（ギャップ長）を７０μｍで形成した。
【０１０８】
さらに駆動周波数を５ＭＨｚとし、コイル層に流す励磁電流を０．３Ａ（peak to peak：表記は（ｐ−ｐ））とした。
【０１０９】
次に、比較例及び実施例での各磁性膜の膜厚、及び幅寸法について説明する。
まず比較例１となる薄膜インダクタの磁性層は、磁性膜を３層積層した構成であり、各磁性膜の膜厚をすべて２．０μｍで形成し、さらに各磁性膜の幅寸法を全て同じ幅寸法で形成した。
【０１１０】
比較例２となる薄膜インダクタの磁性層は、磁性膜を３層積層した構成であり、各磁性膜の膜厚をすべて２．０μｍで形成し、さらにオーバーハング量（磁性膜の側端部が、コイル層に近い側に形成された磁性膜の側端部から延出する幅寸法）が１５０μｍとなるようにコイル層から遠ざかる磁性膜ほど幅寸法を大きく形成した。
【０１１１】
比較例３となる薄膜インダクタの磁性層は、磁性膜を３層積層した構成であり、コイル層に最も近い磁性膜の膜厚を３μｍ、次にコイル層に近い磁性膜の膜厚を２μｍ、コイル層から最も遠い磁性膜の膜厚を１μｍで形成し、さらにオーバーハング量が１５０μｍとなるようにコイル層から遠ざかる磁性膜ほど幅寸法を大きく形成した。
【０１１２】
実施例１となる薄膜インダクタの磁性層は、磁性膜を３層積層した構成であり、コイル層に最も近い磁性膜の膜厚を１μｍ、次にコイル層に近い磁性膜の膜厚を２μｍ、コイル層から最も遠い磁性膜の膜厚を３μｍで形成し、さらにオーバーハング量が１５０μｍとなるようにコイル層から遠ざかる磁性膜ほど幅寸法を大きく形成した。
【０１１３】
図６ないし図９は、比較例１ないし３、及び実施例１のある一部分の磁性層を、三次元有限要素法（ＦＥＭ）で測定した結果得られた磁束分布を表す模式図である。
【０１１４】
各図のＡは、コイル層から最も遠い位置に形成された磁性膜の磁束分布を示し、Ｂは、中間の位置に形成された磁性膜の磁束分布を示し、Ｃは、コイル層に最も近い位置に形成された磁性膜の磁束分布を示す。
【０１１５】
図６は比較例１の各磁性膜の磁束分布の模式図である。図６に示すように、コイル層に最も近い磁性膜（図６Ｃ）の０．４Ｔ（テスラ）の磁束密度領域は、コイル層から離れる磁性膜の順（図６Ｂ、図６Ａの順）に徐々に小さくなっており、各磁性膜の磁束分布が不均一であることがわかる。
【０１１６】
図７は比較例２の各磁性膜の磁束分布の模式図である。この場合も図６と同様に、コイル層に最も近い磁性膜（図７Ｃ）の０．４Ｔの磁束密度領域は、コイル層から離れる磁性膜の順（図７Ｂ、図７Ａの順）に徐々に小さくなっており、各磁性膜の磁束分布が不均一であることがわかる。
【０１１７】
このように、各磁性膜を同じ膜厚、同じ幅寸法で形成した場合（比較例１）及び各磁性膜を同じ膜厚で形成し、且つ各磁性膜をオーバーハングさせた場合（比較例２）では、いずれの場合も各磁性膜の磁束分布を均一に形成することができないとわかる。
【０１１８】
次に図８は比較例３の各磁性膜の磁束分布の模式図である。この場合、コイル層に最も近い磁性膜（図８Ｃ）の０．４Ｔの磁束密度領域は、図８Ｂ、及び図８Ａの場合に比べて非常に大きくなっており、この比較例３では、上記した比較例１及び２の場合に比べても、各磁性膜における磁束分布がさらに不均一化されていることがわかる。
【０１１９】
比較例３の場合は、コイル層から遠ざかる磁性膜ほど膜厚を小さく形成しているが、このような構造では、比較例１及び２の場合に比べても、コイル層から発生する磁束は、コイル層に最も近い膜厚の厚い磁性膜にさらに集中し、コイル層から最も遠い膜厚の薄い磁性膜には、ほとんど導かれない状態になっている。
【０１２０】
よってコイル層から遠ざかる磁性膜ほど膜厚を小さく形成すると、最も磁束分布の不均一化が促進される結果となる。
【０１２１】
図９は実施例１の各磁性膜の磁束分布の模式図である。図９に示すように、各磁性膜全てが、ほぼ同様の磁束分布を有していることがわかる。図９に示す実施例１の場合は、コイル層から遠ざかる磁性膜ほど膜厚を厚く形成しているが、これによりコイル層から遠ざかる磁性膜ほどコイル層からの磁束が導かれ易くなり、適切にコイル層からの磁束が各磁性膜に分散されて、各磁性膜にてほぼ同等の磁束密度分布が形成されるのである。
【０１２２】
次に、前記磁性層を構成する各磁性膜の透磁率と膜厚との積の値を変えた場合における磁性層の損失等価抵抗を三次元有限要素法（ＦＥＭ）で測定した。まず実験の諸条件について以下に説明する。
【０１２３】
薄膜インダクタを構成するコイル層の導体幅を６０μｍ、導体間隔を２５μｍ、さらに巻き数を６ターンで形成した。
【０１２４】
また磁性層を構成する各磁性膜を、比透磁率が磁化困難軸方向にμhard＝１８００、磁化容易軸方向にμeasy＝３００、比抵抗が、１０００μΩ・ｃｍである磁性材料を用いて形成した。また第１の磁性層と第２の磁性層との間の間隔（ギャップ長）を７０μｍで形成した。
【０１２５】
さらに駆動周波数を５ＭＨｚとし、コイル層に流す励磁電流を０．３Ａ（peak to peak：表記は（ｐ−ｐ））とした。
【０１２６】
次に、比較例及び実施例での各磁性膜について説明する。
まず、比較例４となる薄膜インダクタの磁性層は、磁性膜を厚さ６μｍの単層膜とした構成である。
【０１２７】
比較例５となる薄膜インダクタの磁性層は、磁性膜を３層積層した構成であり、各磁性膜の膜厚をすべて２．０μｍで形成し、さらに各磁性膜の幅寸法を全て同じ幅寸法で形成した。従って、各磁性膜の磁化困難軸方向の透磁率（μ）と膜厚（ｔ）との積の値は、すべて３６００である。
【０１２８】
比較例６となる薄膜インダクタの磁性層は、磁性膜を３層積層した構成であり、コイル層に最も近い磁性膜の膜厚を３μｍ、次にコイル層に近い磁性膜の膜厚を２μｍ、コイル層から最も遠い磁性膜の膜厚を１μｍで形成し、さらに各磁性膜の幅寸法を全て同じ幅寸法で形成した。従って、各磁性膜の磁化困難軸方向の透磁率（μ）と膜厚（ｔ）との積の値は、コイル層に近いほうの磁性膜から順に５４００、３６００、１８００である。
【０１２９】
比較例７となる薄膜インダクタの磁性層は、磁性膜を３層積層した構成であり、各磁性膜の膜厚をすべて２．０μｍで形成し、さらに各磁性膜の幅寸法を全て同じ幅寸法で形成した。また、もっともコイル層に近い磁性膜と中央の磁性膜には、図５に示された薄膜インダクタの磁性層と同様の磁化困難軸方向のスリットを設けた。各磁性膜の磁化困難軸方向の透磁率（μ）と膜厚（ｔ）との積の値は、すべて３６００である。
【０１３０】
比較例８となる薄膜インダクタの磁性層は、磁性膜を３層積層した構成であり、コイル層に最も近い磁性膜の膜厚を３μｍ、次にコイル層に近い磁性膜の膜厚を２μｍ、コイル層から最も遠い磁性膜の膜厚を１μｍで形成し、さらに各磁性膜の幅寸法を全て同じ幅寸法で形成した。また、もっともコイル層に近い磁性膜と中央の磁性膜には、図５に示された薄膜インダクタの磁性層と同様の磁化困難軸方向のスリットを設けた。従って、各磁性膜の磁化困難軸方向の透磁率（μ）と膜厚（ｔ）との積の値は、コイル層に近いほうの磁性膜から順に５４００、３６００、１８００である。
【０１３１】
実施例２となる薄膜インダクタの磁性層は、磁性膜を３層積層した構成であり、コイル層に最も近い磁性膜の膜厚を１μｍ、次にコイル層に近い磁性膜の膜厚を２μｍ、コイル層から最も遠い磁性膜の膜厚を３μｍで形成し、さらに各磁性膜の幅寸法を全て同じ幅寸法で形成した。各磁性膜の磁化困難軸方向の透磁率（μ）と膜厚（ｔ）との積の値は、コイル層に近いほうの磁性膜から順に１８００、３６００、５４００である。
【０１３２】
実施例３となる薄膜インダクタの磁性層は、磁性膜を３層積層した構成であり、コイル層に最も近い磁性膜の膜厚を１μｍ、次にコイル層に近い磁性膜の膜厚を２μｍ、コイル層から最も遠い磁性膜の膜厚を３μｍで形成し、さらに各磁性膜の幅寸法を全て同じ幅寸法で形成した。また、もっともコイル層に近い磁性膜と中央の磁性膜には、図５に示された薄膜インダクタの磁性層と同様の磁化困難軸方向のスリットを設けた。各磁性膜の磁化困難軸方向の透磁率（μ）と膜厚（ｔ）との積の値は、コイル層に近いほうの磁性膜から順に１８００、３６００、５４００である。
【０１３３】
なお、比較例５から８並びに実施例２及び３の各磁性膜の間には、厚さ０．２μｍのＡｌ2Ｏ3層が形成されている。
【０１３４】
結果を表１に示す。なお、表1ではコイル層に最も近い磁性膜を磁性膜１、次にコイル層に近い磁性膜を磁性膜２、コイル層から最も遠い磁性膜を磁性膜３としている。
【０１３５】
【表１】
【０１３６】
表1において、比較例４、比較例５、比較例６、及び実施例２を比較すると、磁性層を単層の磁性膜で形成した比較例４よりも、磁性層をすべて同じ厚さの３層の磁性膜で形成した比較例５の方が各磁性膜の損失等価抵抗の総和が低くなっていることがわかる。
【０１３７】
また、磁性層をすべて同じ厚さの３層の磁性膜で形成した比較例５よりも、磁性膜の厚さをコイル層に遠くなるほど厚くなるように形成した実施例２のほうが、各磁性膜の損失等価抵抗の総和が低くなっていることがわかる。
【０１３８】
各磁性膜の透磁率は等しいので、膜厚をコイル層に遠くなるほど厚くなるように形成することによって、各磁性膜の磁化困難軸方向の透磁率（μ）と膜厚（ｔ）との積の値もコイル層に遠くなるほど大きくなり、コイル層から遠ざかる磁性膜ほどコイル層からの磁束が誘導されやすくなり、各磁性膜にほぼ均一な磁束分布を形成することが可能になるためである。
【０１３９】
前記各磁束分布がほぼ均一な状態になると、各磁性膜の等価抵抗をほぼ同程度にすることができ、従来のように、各磁性膜の損失等価抵抗が異なっていた場合に比べ、従来と同程度、あるいはそれ以上のインダクタンスを確保でき、また直流重畳特性を向上できる。さらに、高周波帯域において、鉄損を低減させることができる。
【０１４０】
逆に、比較例６のように、膜厚をコイル層に遠くなるほど薄くなるように形成したものは、各磁性膜の磁化困難軸方向の透磁率（μ）と膜厚（ｔ）との積の値もコイル層に遠くなるほど小さくなり、各磁性膜の磁束分布の不均一性を助長することになっていしまう。その結果、比較例６の各磁性膜の損失等価抵抗の総和は、磁性層を単層の磁性膜によって形成した比較例４よりも大きくなってしまっている。
【０１４１】
また、磁性膜に磁化困難軸方向のスリットを形成した比較例７、比較例８、及び実施例３においても同様に、各磁性膜の磁化困難軸方向の透磁率（μ）と膜厚（ｔ）との積の値がコイル層から遠くなるほど大きくなる実施例３で、各磁性膜の損失等価抵抗の総和が最も低くなっている。しかも、実施例３の各磁性膜の損失等価抵抗の総和は、実施例２の各磁性膜の損失等価抵抗の総和よりも低くなっており、磁性膜に磁化困難軸方向のスリットを形成した効果が現れていることがわかる。
【０１４２】
なお、各磁性膜の損失等価抵抗の総和とは、コイル層の上下にある２つの磁性層を形成する合計６層の磁性膜の損失等価抵抗の総和のことである。
【０１４３】
なお、本実施例では、３つの磁性薄膜からなる１つの磁性層全体の厚さが６μｍとなるように各比較例及び各実施例を形成したが、磁性層全体の厚さは任意に変更することが可能である。
【０１４４】
例えば、磁性層全体の厚さを９μｍとして、磁性層を３層の磁性膜で形成するときに、各磁性膜の厚さをコイル層に近い磁性膜から順に、１．５μｍ、３．０μｍ、４．５μｍと形成することや、磁性層全体の厚さを１２μｍとして、磁性層を３層の磁性膜で形成するときに、各磁性膜の厚さをコイル層に近い磁性膜から順に、２．０μｍ、４．０μｍ、６．０μｍと形成することができる。このとき、各磁性膜の透磁率を等しくすることにより、各磁性膜の透磁率と膜厚との積の値をコイル層から遠くなるほど大きくして、コイル層から遠ざかる磁性膜ほどコイル層からの磁束が誘導されやすくでき、各磁性膜を均一の膜厚で形成したときよりも各磁性膜にほぼ均一な磁束分布を形成することが可能になることも分かっている。
【０１４５】
磁性層全体の厚さを厚くするとインダクティブ素子のインダクタンスを大きくすることができる。
【０１４６】
また、磁性層を構成する各磁性膜の透磁率と膜厚との積の値の範囲は、例えば、１８００〜１０８００である。
【０１４７】
【発明の効果】
以上詳述した本発明によれば、前記磁性層を形成するいずれか２つの磁性膜を比較したときに、前記コイル層に近い磁性膜の透磁率と膜厚との積の値を、前記コイル層から遠い磁性膜の前記透磁率と膜厚との積の値よりも小さくすることで、コイル層に近い磁性膜に磁束が集中するのを回避できる。
【０１４８】
例えば、前記コイル層に最も近い磁性膜の透磁率と膜厚との積の値を、それ以外の磁性膜の透磁率と膜厚との積の値よりも小さくし、あるいは、前記コイル層から最も遠い磁性膜の透磁率と膜厚との積の値を、それ以外の磁性膜の透磁率と膜厚との積の値よりも大きくし、最も好ましくは、前記磁性膜の透磁率と膜厚との積の値を、前記コイル層から遠ざかるにしたがって順に大きくすることで、コイル層に近い磁性膜に磁束が集中するのを回避でき、コイル層から遠ざかる膜厚の厚い磁性膜に磁束が導かれ易くなる。
【０１４９】
また、本発明によれば、前記磁性層を形成する任意の２つの磁性膜を比較したときに、前記コイル層に近い磁性膜の膜厚を、前記コイル層から遠い磁性膜の膜厚よりも小さくすることで、コイル層に近い磁性膜に磁束が集中するのを回避できる。
【０１５１】
よって本発明では、各磁性膜にほぼ均一な磁束分布が得られ、全ての磁性膜を、ほぼ同じように機能させることが可能になる。
【０１５２】
本発明によれば、各磁性膜の膜厚を適正に調整することで、各磁性膜の損失等価抵抗をほぼ同じ値に設定でき、従来に比べ直流重畳特性の向上を図ることができる。また、インダクタンスの低下を抑えることができる。また、高周波帯域においても、鉄損の低下を図ることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における薄膜インダクタ（インダクティブ素子）の構造を示す部分斜視図、
【図２】図１の切断線２−２をａ方向から切断した際の薄膜インダクタの構造を示す部分断面図、
【図３】参考例における他の薄膜インダクタ（インダクティブ素子）の構造を示す部分断面図、
【図４】本発明における他の薄膜インダクタ（インダクティブ素子）の構造を示す部分平面図、
【図５】本発明における他の薄膜インダクタ（インダクティブ素子）の構造を示す部分平面図、
【図６】全ての磁性膜の膜厚及び幅寸法を同じにした場合の各磁性膜の磁束分布を示す模式図、
【図７】全ての磁性膜の膜厚を同じ膜厚で形成し、且つ各磁性膜をオーバーハングさせた場合の各磁性膜の磁束分布を示す模式図、
【図８】コイル層から遠ざかる磁性膜ほど膜厚を小さく形成し、且つ各磁性膜をオーバーハングさせた場合の各磁性膜の磁束分布を示す模式図、
【図９】コイル層から遠ざかる磁性膜ほど膜厚を大きく形成し、且つ各磁性膜をオーバーハングさせた場合の各磁性膜の磁束分布を示す模式図、
【図１０】従来の薄膜インダクタ（インダクティブ素子）の構造を示す部分断面図、
【図１１】図１０の薄膜インダクタにおける周波数と各磁性膜の損失等価抵抗との関係を示すグラフ、
【符号の説明】
１０ 薄膜インダクタ
１１、１６、２０、２２ 第１の磁性層
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ 磁性膜
１２、１７、２１、２３ コイル層
１３、１８ 第２の磁性層
２４、２５ スリット
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜インダクタ、薄膜トランスなどのインダクティブ素子に係り、特に磁性層を複数の磁性膜を積層して形成し、最もコイル層に近い磁性膜への前記コイル層からの磁束の集中を回避し、より好ましくは、各磁性膜に、均一な磁束分布が形成されるようにして、高周波特性を良好にすることが可能なインダクティブ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば薄膜インダクタは、基板上に第１の磁性層が形成され、前記第１の磁性層の上に絶縁層を介してコイル層が形成され、さらに前記コイル層の上に絶縁層を介して第２の磁性層が形成されて構成されている。
【０００３】
上記薄膜インダクタは、例えばマイクロＤＣ−ＤＣコンバータに使用されるが、前記薄膜インダクタを構成する磁性層が膜厚の厚い単層で形成されていると、高周波帯域では、渦電流損失が増大し、良好な高周波特性が得られないといった問題があった。
【０００４】
そこで従来では、図１０に示すように、薄膜インダクタ１を構成する磁性層３，５を、多層化した構造のものが考えられ、これによりインダクタンスをある一定以上に確保できるとともに、渦電流損失の低減を可能にし、高周波特性を改善できるとしている。
【０００５】
図１０に示すように、コイル層４は、第１の磁性層５と第２の磁性層３との間に介在し、各磁性層５，３は、それぞれ複数の磁性膜５ａないし５ｃ，３ａないし３ｃが積層されて形成されている。
【０００６】
また図１０に示すように、磁性層５，３を構成する各磁性膜は、全て同じ幅寸法ｔ１、同じ膜厚ｈ１、及び同じ透磁率μ１で形成されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図１０に示すように磁性層５，３を構成する各磁性膜が、全て同じ幅寸法ｔ１、同じ膜厚ｈ１、及び同じ透磁率μ１で形成されていると、コイル層４に近い磁性膜ほど、前記コイル層４からの磁束が集中し、各磁性膜に均一な磁束分布が形成されず、全ての磁性膜を同等に機能させることができなかった。
【０００８】
磁性層４を構成する各磁性膜は、同じ膜厚ｈ１で形成されているために、コイル層４に最も近い磁性膜５ａ，３ａは、前記コイル層４から発生する磁束による磁性膜内の磁束密度が高くなり、磁化飽和状態に達し易い。前記磁性膜５ａ，３ａがほぼ磁化飽和状態に達すると、前記磁性膜５ａ，３ａは実質的に磁性膜として機能せず、空心と同様の状態となる。
【０００９】
すなわち従来は、磁性膜を積層して磁性層を構成することで、渦電流損失の低減を図っていたが、前記各磁性膜をすべて同じ膜厚ｈ１、及び同じ透磁率μ１で形成すると、コイル層４に近い磁性膜ほど、コイル層４からの磁束が集中し、励振電流の振幅、或いは重畳される直流電流の増加にともない磁性膜が飽和状態に近づくため、インダクタンスの低下などの問題が生じる。
【００１０】
ところで、コイル層４に近い磁性膜ほどコイル層４からの磁束が集中し、各磁性膜において、均一な磁束分布が得られていないことは、以下で説明する各磁性膜の損失等価抵抗からも実証される。
【００１１】
図１１は、周波数と、各磁性膜の損失等価抵抗との関係を示すグラフである。図１１に示すように、全ての周波数帯域において、最もコイル層４に近い磁性膜５ａ，３ａが、最も損失等価抵抗が大きく、続いて磁性膜５ｂ，３ｂの損失等価抵抗が大きく、最もコイル層４から遠い磁性膜５ｃ，３ｃが、最も損失等価抵抗は小さくなることがわかる。
【００１２】
このように各磁性膜において損失等価抵抗が異なるのは、コイル層４から各磁性層に誘導される磁束量が異なるためである。コイル層４に近い磁性膜ほどコイル層４から発生する磁束が多く誘導されるので、コイル層４に近い磁性膜ほど損失等価抵抗は大きくなる。
【００１３】
また、前述のように、前記コイル層４に最も近い磁性膜５ａ，３ａが、磁化飽和状態に達すると、磁性膜５，３として機能する部分は、磁性膜５ｂ，３ｂと磁性膜５ｃ，３ｃだけになり、磁性膜５，３の膜厚が実質的に減少することとなる。このため、インダクタンスは低下し、直流重畳特性の低下を招く。
【００１４】
また磁性膜５ａ，３aが磁化飽和状態に達すると、前記コイル層４から発生する磁束は、前記磁性膜５ａ，３ａに次いでにコイル層４に近い磁性膜５ｂ，３ｂに集中し、前記磁性膜５ａ，３ａと同様に前記磁性膜５ｂ，３ｂが磁化飽和に達しやすくなるため更なる直流重畳特性の低下を招く原因となる。
【００１５】
本発明は上記従来の問題を解決するためのものであり、特にコイル層に最も近い磁性膜への前記コイル層からの磁束の集中を回避し、好ましくは、各磁性膜にほぼ均一な磁束分布が得られるようにして、インダクタンスをある一定以上に確保でき、直流重畳特性の向上が可能なインダクティブ素子を提供することを目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、コイル層および、絶縁層を介して前記コイル層を覆う磁性層が設けられたインダクティブ素子において、前記磁性層は、少なくとも２層の磁性膜が重ねられて形成されており、各磁性膜の膜厚が相違することによって、各磁性膜の透磁率と膜厚との積の値が相違し、前記磁性層を形成する任意の２つの磁性膜を比較したときに、前記コイル層に近い磁性膜の透磁率と膜厚との積の値が、前記コイル層から遠い磁性膜の前記透磁率と膜厚との積の値よりも小さくなる磁性膜の組み合わせを含むことを特徴とするものである。
この構成では、前記各磁性膜の透磁率が同じであっても、前記各磁性膜の膜厚を相違させることで、前記透磁率と膜厚との積の値を相違させることができる。
【００１７】
従来、磁性層を多層化する場合には、複数の磁性膜を、同じ透磁率、及び同じ膜厚で形成していたので、コイル層に近い磁性膜ほどコイル層からの磁束が集中し、各磁性膜に均一な磁束分布が形成されず、各磁性膜が同等に機能していなかった。特に磁束の集中するコイル層に近い磁性膜は、磁化飽和状態に達して実質的に磁性膜としての機能せず、直流重畳特性やインダクタンスの低下などを招き、磁性層を多層化する効果が十分に発揮されない現状がある。
【００１８】
これに対し本発明では、前記磁性層を形成する任意の２つの磁性膜を比較したときに、前記コイル層に近い磁性膜の透磁率と膜厚との積の値を、前記コイル層から遠い磁性膜の前記透磁率と膜厚との積の値よりも小さくすることで、コイル層に近い磁性膜に磁束が集中するのを回避できる。
【００１９】
また、前記磁性層が３層以上重ねられた磁性膜を有するときには、コイル層に近い磁性膜へのコイル層からの磁束の集中を回避し、コイル層から遠ざかる磁性膜に磁束が誘導されやすくするために、前記コイル層に最も近い磁性膜の透磁率と膜厚との積の値が、それ以外の磁性膜の透磁率と膜厚との積の値よりも小さいことが好ましく、前記コイル層から最も遠い磁性膜の透磁率と膜厚との積の値が、それ以外の磁性膜の透磁率と膜厚との積の値よりも大きいとより好ましく、最も好ましくは、前記磁性膜の透磁率と膜厚との積の値が、前記コイル層から遠ざかるにしたがって順に大きくなることである。
【００２０】
すなわち本発明では、コイル層から最も近い磁性膜へのコイル層からの磁束の集中を回避でき、またコイル層から遠ざかる磁性膜に誘導される磁束量を多くすることができ、各磁性膜に見合った磁束量をコイル層から誘導することが可能になる。これにより各磁性膜の磁束密度分布を均一な状態に近づけることができ、全ての磁性膜を、ほぼ同等に機能させることが可能になる。本発明によれば、各磁性膜の透磁率と膜厚との積の値を適正に調整することで、各磁性膜の損失等価抵抗の総和を低減し、従来と比較して直流重畳特性を向上でき、また、インダクタンスの低下を防ぐことができる。また、鉄損の低減を図ることもできる。特に、高周波領域における鉄損の低下を図ることが可能である。
【００２１】
また、本発明は、各磁性膜の膜厚の調整及び磁性材料の選択を適切に行うことで、各磁性膜に対し、より均一な磁束分布が得られ、全ての磁性膜をほぼ同等に機能させることが可能である。
【００２２】
また、本発明は、コイル層および、絶縁層を介して前記コイル層を覆う磁性層が設けられたインダクティブ素子において、前記磁性層は、少なくとも２層の磁性膜が重ねられて形成されており、前記磁性層を形成する任意の２つの磁性膜を比較したときに、前記コイル層に近い磁性膜の膜厚が、前記コイル層から遠い磁性膜の膜厚よりも小さくなる磁性膜の組みあわせを含むことを特徴とするものである。
【００２３】
前記磁性層が３層以上重ねられた磁性膜を有する場合には、前記コイル層に最も近い磁性膜の膜厚が、それ以外の磁性膜の膜厚よりも小さいことが好ましく、また、前記コイル層から最も遠い磁性膜の膜厚が、それ以外の磁性膜の膜厚よりも大きいことが好ましい。より好ましくは、前記磁性膜の膜厚が、前記コイル層から遠ざかるにしたがって順に大きくなることである。
【００２６】
さらに本発明では、前記磁性層を形成する各磁性膜のうち、コイル層に最も近い磁性膜は、その両側端部がそれ以外の少なくとも１つの磁性膜の両側端部よりも中心側に位置するように形成されていることが好ましく、コイル層から最も遠い磁性膜は、その両側端部がそれ以外の少なくとも１つの磁性膜の両側端部よりも側方へ延出するように形成されているとより好ましい。また、前記磁性層を形成するいずれか２つの磁性膜を比較したときに、前記コイル層から遠い磁性膜の両側端部が、前記コイル層に近い磁性膜の両側端部よりも側方へ延出するように、コイル層から遠ざかる磁性膜ほど幅寸法が大きく形成されていることが最も好ましい。
【００２７】
これにより、コイル層に最も近い磁性膜へのコイル層からの磁束の集中を、より適切に回避することができ、しかも、さらにコイル層から遠ざかる磁性膜ほど、コイル層からの磁束が誘導されやすくなるので、各磁性膜の磁束分布がより均一になり、従って全ての磁性層を適切に機能させることが可能である。
【００２８】
また、前記磁性層を形成する各磁性膜のうち、前記コイル層から最も遠い磁性膜を除いた少なくとも一つの磁性膜に、スリット或いは切り欠き部が形成されていることが好ましい。
【００２９】
前記コイル層から最も遠い磁性膜を除いた少なくとも一つの磁性膜に、スリット或いは切り欠き部が形成されていることにより、コイル層に近い磁性膜への磁束の集中を防ぎ、各磁性膜において均一な磁束密度分布を得ることができ、損失等価抵抗が減少する。従って、本発明のインダクタンス素子は、各磁性膜の損失等価抵抗の総和を低減させることができ、直流重畳特性を向上でき、従来と同等以上のインダクタンスを確保できる。また、前記コイル層から最も遠い磁性膜には、スリット或いは切り欠き部が形成されず、磁気シールドとして機能する。
【００３０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明における薄膜インダクタ（インダクティブ素子）の構造を示す部分斜視図、図２は図１の切断線２−２をａ方向から切断した際の部分断面図である。
【００３１】
図２に示すように、本発明における薄膜インダクタ１０は、基板上に第１の磁性層１１と、前記第１の磁性層１１の上に、例えばＳｉＯ2等の絶縁材料で形成された絶縁層（図示しない）を介して形成されたコイル層１２と、このコイル層１２の上に絶縁層（図示しない）を介して形成された第２の磁性層１３とを有して構成されている。なお図１では、コイル層１２の上に絶縁層を介して形成される第２の磁性層１３は図面上省略されている。
【００３２】
図１及び図２に示すように、第１の磁性層１１は、複数の磁性膜１１ａないし１１ｃが絶縁膜（図示しない）を介して積層されて形成されている。
【００３３】
また図１に示すように、前記第１の磁性層１１上に形成されるコイル層１２は平面的に螺旋状に形成されており、前記コイル層１２は例えば銅などの電気抵抗の低い導電性材料でパターン形成される。このように、本発明は平面型のコイルを用いた平面型磁気素子に適用することができる。
【００３４】
図１に示すように前記コイル層１２の巻き中心１２ａは、例えば第１の磁性層１１の中央に開けられたスルーホール（図示しない）を通って、外部に通じる取り出し電極（図示しない）に電気的に接続されている。また図１に示すコイル層１２の巻き外端１２ｂも、他の取り出し電極に電気的に接続された状態になっている。
【００３５】
また前記コイル層１２の上に絶縁層を介して形成される第２の磁性層１３は、図２に示すように、複数の磁性膜１３ａないし１３ｃが絶縁膜（図示しない）を介して積層されて形成されている。
【００３６】
このように本発明では、上述のように、第１の磁性層１１及び第２の磁性層１３は、複数の磁性膜１１ａないし１１ｃ，１３ａないし１３ｃが積層されて構成されており、前記磁性層が単一の層で形成される場合に比べ、渦電流損を低減させることが可能である。
【００３７】
ところで本発明では、図１及び図２に示すように、コイル層１２から遠ざかる磁性膜の膜厚ほど、厚く形成されている。図１及び２に示すように、第１の磁性層１１のうち、コイル層１２に最も近い位置に形成される磁性膜１１ａは、その膜厚がｈ４で形成され、コイル層１２から最も離れた位置に形成される磁性膜１１ｃは、その膜厚がｈ６で形成され、前記磁性膜１１ａと１１ｃとの間に形成される磁性膜１１ｂの膜厚は、ｈ５で形成されており、前記膜厚ｈ４，ｈ５及びｈ６は、コイル層１２から遠ざかるに従って大きく形成されている。
【００３８】
また第２の磁性層１３においても、図２に示すように、磁性膜１３ａないし１３ｃの膜厚ｈ７ないしｈ９は、膜厚ｈ７、ｈ８及びｈ９の順に大きくなっており、コイル層１２から離れる磁性膜ほど膜厚が大きく形成されることがわかる。
【００３９】
このように本発明では、コイル層１２から遠ざかる磁性膜ほど膜厚が大きく形成され、この構造によりコイル層１２から発生する磁束が、コイル層１２から遠ざかる磁性膜に導かれ易くなり、従来のようにコイル層１２に最も近い磁性膜１１ａ，１３ａにのみ集中していた磁束を各磁性膜に、適切に分散させることが可能である。
【００４０】
また、コイル層１２から遠ざかる磁性膜ほど透磁率と膜厚との積の値も大きくなっている。
【００４１】
本発明ではこのように、コイル層１２から遠ざかる磁性膜ほど膜厚が厚く形成され、この構造によりコイル層１２から発生する磁束がコイル層１２から遠い磁性膜に多く誘導されるため、従来であればコイル層１２に最も近い磁性膜１１ａ，１３ａにのみ集中していた磁束を各磁性膜に適切に分散させることが可能である。
【００４２】
本発明ではこのように、コイル層１２から遠ざかる磁性膜ほど膜厚を厚く形成すること、すなわち、コイル層１２から遠い磁性膜ほど磁気回路における磁気抵抗を小さくすることで、大きな磁束量が誘導されることとなる。このため、各磁性膜の磁束密度が均等な状態に近づき、コイル層１２に近い磁性膜１１ａ，１３ａのみが飽和することを回避することが可能である。
【００４３】
すなわち本発明では、各磁性膜が、その膜厚に見合った磁束量を、コイル層１２から有効に誘導することができ、これにより各磁性膜にほぼ均一な磁束分布が形成される。なお、１つの磁性膜の厚みは、０．５〜１５μｍであることが好ましい。１つの磁性膜の厚みが１５μｍ以上であると、インダクタンスの増加を見込み難くなる。
【００４４】
また図１及び図２に示す実施例においては、コイル層１２から遠ざかる磁性膜ほど幅寸法が大きく形成されていることがわかる。
【００４５】
本発明では、図１及び図２に示すように、第１の磁性層１１を構成する各磁性膜のうち、コイル層１２に最も近い磁性膜１１ａの幅寸法ｔ２が最も短く形成され、コイル層１２に最も遠い磁性膜１１ｃの幅寸法ｔ４が最も長く形成され、前記磁性膜１１ａと１１ｃとの間に位置する磁性膜１１ｂの幅寸法ｔ３が、磁性膜１１ａの幅寸法ｔ２よりも長く形成され、且つ磁性膜１１ｃの幅寸法ｔ４よりも短く形成されている。
【００４６】
同様に第２の磁性層１３を構成する各磁性膜のうち、コイル層１２に最も近い磁性膜１３ａの幅寸法ｔ５が最も短く形成され、コイル層１２に最も遠い磁性膜１３ｃの幅寸法ｔ７が最も長く形成され、前記磁性膜１３ａと１３ｃとの間に位置する磁性膜１３ｂの幅寸法ｔ６が、磁性膜１３ａの幅寸法ｔ５よりも長く形成され、且つ磁性膜１３ｃの幅寸法ｔ７よりも短く形成されている。
【００４７】
このようにコイル層１２から遠ざかる磁性膜ほど幅寸法が長く形成されることにより、中間に位置する磁性膜１１ｂ，１３ｂの両側端部は、コイル層１２に最も近い位置に形成された磁性膜１１ａ，１３ａの両側端部よりも側方へ延出して形成され、さらにコイル層１２から最も遠い位置に形成された磁性膜１１ｃ，１３ｃの両側端部は、中間に位置する磁性膜１１ｂ，１３ｂの両側端部よりも側方へ延出して形成されている。
【００４８】
このようにコイル層１２から遠ざかる磁性膜の両側端部ほど、外側に延出して形成されることにより、コイル層１２から遠ざかる磁性膜ほど、コイル層１２から発生する磁束が誘導されやすくなり、各磁性膜の磁束密度を効果的に均一化することが可能である。
【００４９】
なお各磁性膜の両側端部が、コイル層１２に近い側に形成された磁性膜の両側端部より側方へ延出して形成される幅寸法を、オーバーハング量と呼ぶが、本発明ではこのオーバーハング量を適切に調整することで、各磁性膜における磁束分布の均一化を促進させることができる。
【００５０】
さらに本発明では、磁性層１１，１３を構成する各磁性膜が同じ材質で形成されていてもよいし、あるいは異なった材質で形成されていてもよいが、高周波特性の向上という観点からすると、磁性材料に求められる１つの特性として高比抵抗が挙げられ、各磁性膜は、高比抵抗を有する磁性材料で形成されていることが好ましい。
【００５１】
前記磁性層１１，１３を構成する各磁性膜１１ａないし１１ｃ、及び１３ａないし１３ｃは、高周波特性に優れた軟磁性膜であり、例えば、特開平６−３１６７４８号公報に記載されているＦｅ−Ｍ−Ｏ系軟磁性材料（但し、Ｍは、Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｃｒ，Ｐ，Ｃ，Ｂ，Ｇａ，Ｇｅと希土類元素から選ばれる１種あるいは２種以上の元素）あるいは特開平１０−２５５３０号公報に記載されているＣｏ−Ｆｅ−Ｅ−Ｏ系軟磁性材料（但し、元素Ｅは、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｃｒ，Ｐ，Ｃ，Ｂ，Ｇａ，Ｇｅと希土類元素から選ばれる１種または２種以上の元素）や、Ｃｏ−Ｔａ−Ｈｆ、Ｃｏ−Ｔａ−Ｈｆ−Ｐｄ、Ｃｏ−Ｚｒ−Ｎｂ、Ｃｏ−Ｚｒ−Ｔａ、あるいはＣｏ−Ｈｆ−Ｎｂ等により形成される。
【００５２】
さらに本発明では、各磁性膜の磁束分布の均一化をより効果的に図るために、コイル層１２から遠ざかる磁性膜ほど、高い透磁率を有する磁性材料で形成されることが好ましい。このように各磁性膜の透磁率を変えるには、元々透磁率の異なる組成の異なった磁性材料を適正に選択して、磁性膜に使用する場合のみならず、全ての磁性膜を同じ組成の磁性材料で形成する場合でも、前記磁性材料の構成元素の組成比等を変えることによって、透磁率を変えることもできる。
【００５３】
上記のようにコイル層１２から遠ざかる磁性膜ほど、高い透磁率を有する磁性材料で形成することにより、コイル層１２から遠ざかる磁性膜ほど、コイル層１２からの磁束が誘導されやすくなり、各磁性膜の磁束分布の均一化を促進させることができる。
【００５４】
以上のように本発明では、コイル層１２から遠ざかる磁性膜ほど膜厚を厚く形成することにより、コイル層１２から遠ざかる磁性膜ほど、コイル層１２からの磁束が誘導されやすくなる。従って、各磁性膜は、各磁性膜の膜厚に見合った磁束量をコイル層から取り入れることができ、各磁性膜の磁束分布の均一化を効果的に図ることが可能である。またコイル層１２から遠ざかる磁性膜ほど幅寸法を大きくしたり、あるいはコイル層１２から遠ざかる磁性膜ほど透磁率の高い磁性材料で形成することにより、さらに効果的に各磁性膜の磁束分布の均一化を促進させることができる。
【００５５】
各磁性膜の磁束分布がほぼ均一な状態であると、各磁性膜の損失等価抵抗をほぼ同じ値にすることができ、各磁性膜の損失等価抵抗の総和を低減させることができ、直流重畳特性を向上でき、従来と同程度、あるいはそれ以上のインダクタンスを確保できる。また、特に高周波帯域において、鉄損を低減させることができる。
【００５６】
なお図１及び図２に示す実施例においては、コイル層１２から遠ざかる磁性膜ほど幅寸法を大きくしているが、各磁性膜の幅寸法は同じ寸法で形成されていてもかまわない。さらに図１及び図２に示す実施例においては、コイル層１２から遠ざかる磁性膜ほど、高い透磁率を有する磁性材料によって形成しているが、全ての磁性膜が、ほぼ同程度の透磁率を有する磁性材料によって形成されていてもかなわない。
【００５７】
図３は、参考例の薄膜インダクタ（インダクティブ素子）の構造を示す部分断面図である。
【００５８】
図３に示すように薄膜インダクタ１５は、基板上に第１の磁性層１６が形成され、また前記第１の磁性層１６の上に絶縁層（図示しない）を介してコイル層１７が螺旋状にパターン形成されており、さらに前記コイル層１７の上に、絶縁層（図示しない）を介して第２の磁性層１８が形成されている。
【００５９】
この参考例においても第１の磁性層１６及び第２の磁性層１８は、複数の磁性膜１６ａないし１６ｃ、及び１８ａないし１８ｃが、絶縁膜（図示しない）を介して積層されて構成されており、磁性層１６，１８の多層化により渦電流損失の低減を図ることができる。
【００６０】
図３に示すように各磁性膜は、ほぼ同じ膜厚ｈ１０で形成されている。そして、この参考例においては、コイル層１７から遠ざかる磁性膜ほど、高い透磁率を有する磁性材料で形成されることにより、コイル層１７から遠ざかる磁性膜ほど透磁率と膜厚との積の値が大きくなっている。
【００６１】
前述したように、各磁性膜１６ａないし１６ｃ、及び１８ａないし１８ｃは、例えば、特開平６−３１６７４８号公報に記載されているＦｅ−Ｍ−Ｏ系軟磁性材料（但し、Ｍは、Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｃｒ，Ｐ，Ｃ，Ｂ，Ｇａ，Ｇｅと希土類元素から選ばれる１種あるいは２種以上の元素）あるいは特開平１０−２５５３０号公報に記載されているＣｏ−Ｆｅ−Ｅ−Ｏ系軟磁性材料（但し、元素Ｅは、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｃｒ，Ｐ，Ｃ，Ｂ，Ｇａ，Ｇｅと希土類元素から選ばれる１種または２種以上の元素）等により形成される。
【００６２】
各磁性膜の透磁率を変えるには、元々透磁率の異なる組成の異なった磁性材料を適正に選択して、磁性膜に使用する場合のみならず、全ての磁性膜を同じ組成の磁性材料で形成する場合でも、前記磁性材料の構成元素の組成比等を変えることによって、透磁率を変えることもできる。
【００６３】
このようにコイル層１７から遠ざかる磁性膜ほど、透磁率の高い磁性材料で形成することで、コイル層１７から遠ざかる磁性膜ほど、コイル層１７からの磁束が誘導されやすくすることができる。
【００６４】
従来では、図３に示す参考例と同様に、各磁性膜をほぼ同じ膜厚で形成していたが、各磁性膜を全て同じ磁性材料で形成していたので、各磁性膜における透磁率はほぼ同じ値であり、従ってコイル層からの磁束は、コイル層に近い磁性膜に集中し、各磁性膜に均一な磁束分布を形成できなかった。
【００６５】
これに対し図３に示す参考例では、各磁性膜の透磁率を、コイル層１７から遠ざかる磁性膜ほど高くすることで、コイル層１７から発生する磁束は、前記コイル層１７に最も近い磁性膜１６ａ，１８ａのみならず、コイル層１７から距離の離れる磁性膜１６ｂ，１８ｂ及び１６ｃ，１８ｃにも適切に導かれ、各磁性膜全てにほぼ同程度の磁束量を吸収させることができる。よって参考例によれば、各磁性膜の磁束分布の均一化を図ることが可能であり、これにより各磁性膜の損失等価抵抗をほぼ同じ値にすることができ、各磁性膜の損失等価抵抗の総和を低減させることができ、直流重畳特性を向上でき、従来と同程度、あるいはそれ以上のインダクタンスを確保できる。また、特に高周波帯域において、鉄損を低減させることができる。
【００６６】
なお図３に示す参考例では、図１及び図２に示す実施例の場合と同様に、コイル層１７から遠ざかる磁性膜ほど、幅寸法が大きく形成されている。第１の磁性層１６では、磁性膜１６ａの幅寸法ｔ８、磁性膜１６ｂの幅寸法ｔ９、及び磁性膜１６ｃの幅寸法ｔ１０の順で大きくなっており、同様に、第２の磁性層１８では、磁性膜１８ａの幅寸法ｔ１１、磁性膜１８ｂの幅寸法ｔ１２、及び磁性膜１８ｃの幅寸法ｔ１３の順で大きくなっている。
【００６７】
このように、コイル層１７から遠ざかる磁性膜ほど、幅寸法を大きく形成することで、コイル層１７から遠ざかる磁性膜の両側端部ほど、外側に延出して形成され、これによりコイル層１７から遠ざかる磁性膜ほど、コイル層１７から発生する磁束が誘導されやすくなり、各磁性膜の磁束密度をより均一化することが可能である。
【００６８】
ただし本発明では、磁性層１６，１８を構成する各磁性膜の幅寸法が、ほぼ同一の幅寸法で形成されていてもかまわない。
【００６９】
図４は、本発明の他の実施例における薄膜インダクタ（インダクティブ素子）の構造を示す部分平面図である。なお図４に示す薄膜インダクタには、第２の磁性層は図面上省略されている。
【００７０】
図４に示すように、第１の磁性層２０は、複数の磁性膜２０ａないし２０ｃが、絶縁層（図示しない）を介して積層されて構成されており、前記第１の磁性層２０の上に絶縁層（図示しない）を介してコイル層２１が螺旋状にパターン形成されている。そして前記コイル層２１の上には、絶縁層（図示しない）を介して図示しない第２の磁性層が形成されている。この第２の磁性層も第１の磁性層２０と同様に複数の磁性膜が積層されて構成されている。
【００７１】
この実施例においては、コイル層２１から遠ざかる磁性膜ほど膜厚が大きくなって形成されている。図４に示すように、磁性層２０の中央には、磁性膜２０ａから磁性膜２０ｃにまで貫通する穴部２０ｄが形成されている。そしてコイル層２１の巻き中心部２１ａは、前記穴部２０ｄ内を通って、外部に通じる取り出し電極（図示しない）に電気的に接続されている。
【００７２】
またこの実施例では、図４に示すように、コイル層２１から遠ざかる磁性膜ほど幅寸法が大きく形成されている。コイル層２１に最も近い位置に形成された磁性膜２０ａは、幅寸法がｔ１４で形成され、前記磁性膜２０ａの次にコイル層２１に近い位置に形成された磁性膜２０ｂは、幅寸法がｔ１５で形成され、コイル層２１から最も遠い位置に形成された磁性膜２０ｃは幅寸法がｔ１６で形成されている。そして前記幅寸法は、磁性膜２０ａの幅寸法ｔ１４、磁性膜２０ｂの幅寸法ｔ１５、及び磁性膜２０ｃの幅寸法ｔ１６の順で大きく形成されていることがわかる。
【００７３】
このようにコイル層２１から遠ざかる磁性膜ほど幅寸法が大きく形成されることで、コイル層２１から遠ざかる磁性膜の両側端部ほど、コイル層２１の内径及び外径から延出して形成される。
【００７４】
すなわちこの実施例においては、磁性層２０に形成された穴部２０ｄ内においても、コイル層２１から遠ざかる磁性膜の側端部ほど、前記穴部２０ｄの中心方向に延出して形成された状態になるので、この穴部２０ｄ内においても、コイル層２１から遠ざかる磁性膜は、コイル層２１からの磁束を引き込み易くなる。
【００７５】
よってこの実施例においては、より効果的に、コイル層２１から遠ざかる磁性膜ほど、コイル層２１からの磁束が誘導されやすくなり、従って、コイル層２１からの磁束を各磁性膜へ適正に分散させることができ、各磁性膜の磁束分布の均一化を図ることが可能である。
【００７６】
なおコイル層２１から遠ざかる磁性膜ほど高い透磁率を有する磁性材料で形成されることが好ましいが、全ての磁性膜がほぼ均一な透磁率を有する磁性材料で形成されていてもかまわない。
【００７７】
図５は本発明における他の実施例を示す薄膜インダクタ（インダクティブ素子）の部分平面図である。なお図５に示す薄膜インダクタには、第２の磁性層は図面上省略されている。
【００７８】
図５に示すように、第１の磁性層２２は、複数の磁性膜２２ａないし２２ｃが、絶縁層（図示しない）を介して積層されて構成されており、前記第１の磁性層２２の上に絶縁層（図示しない）を介してコイル層２３が螺旋状にパターン形成されている。そして前記コイル層２３の上には、絶縁層（図示しない）を介して図示しない第２の磁性層が形成されている。この第２の磁性層も第１の磁性層２２と同様に複数の磁性膜が積層されて構成されている。
【００７９】
この実施例においては、図５に示すように、磁性層２２の中央に、磁性膜２２ａから磁性膜２２ｃにまで貫通する穴部２２ｄが形成されている。
【００８０】
またこの実施例においても、コイル層２３から遠ざかる磁性膜ほど膜厚が大きく形成されていることが磁束分布の均一化を促進させる上で好ましい。
【００８１】
さらに図５に示すように、コイル層２３から遠ざかる磁性膜ほど、幅寸法が大きく形成されている。図５に示すように、コイル層２３に最も近い位置に形成された磁性膜２２ａは幅寸法がｔ１７で形成され、前記磁性膜２２ａの次にコイル層２３に近い磁性膜２２ｂの幅寸法がｔ１８で形成され、さらにコイル層２３から最も遠い位置に形成された磁性膜２２ｃの幅寸法がｔ１９で形成されている。
【００８２】
このようにコイル層２３から遠ざかる磁性膜ほど幅寸法が大きく形成されることで、コイル層２３から遠ざかる磁性膜の両側端部ほど、コイル層２３の内径及び外径から延出して形成される。
【００８３】
またこの実施例においては、図５に示すように、磁性膜２２ｃの上に形成される磁性膜２２ｂと磁性膜２２ａには、矢印ｂ方向と、矢印ｃ方向にスリット２４，２５が入れられており、これにより磁性膜２２ａと磁性膜２２ｂは、それぞれ２つに分断された状態になっている。
【００８４】
なお前記スリット２４，２５の方向（ｂ方向、ｃ方向）は、磁化困難軸方向（図示Ｘ方向）であることが好ましい。ところで、コイル層２３からの磁束は、各磁性膜内にて透磁率の高くなっている磁化困難軸方向（図示Ｘ方向）において誘導される磁束量が大きい。このため、各磁性膜の磁束密度分布を可視化すると、図示Ｘ方向に延びて形成された部分の磁性膜の磁束密度分布の方が、図示Ｙ方向に延びて形成された部分の磁性膜に比べ、高い磁束密度領域を有するものとなる。
【００８５】
上記のように、磁性膜２２ａ及び磁性膜２２ｂに形成されたスリット２４，２５が、磁化困難軸方向と同じ方向に形成されると、前記スリット２４，２５の形成により、前記磁性膜２２ａ及び２２ｂが磁化困難軸方向（図示Ｘ方向）と平行に分断されることになる。すなわちスリット２４，２５の形成された部分は、磁性膜にとって、コイル層２３から誘導される磁束量が大きくなる部分であり、コイル層２３から遠い磁性膜においても十分な磁束量が誘導されやすくなる。
【００８６】
さらに図５に示すように、コイル層２３に最も近い位置に形成された磁性膜２２ａのスリット２４，２５の幅寸法はｔ２０で、前記磁性膜２２ａの次にコイル層２３に近い位置に形成される磁性膜２２ｂのスリット２４，２５の幅寸法はｔ２１であり、コイル層２３に近い側の磁性膜２２ａのスリット２４，２５の幅寸法の方が大きく形成されている。
【００８７】
このため、前記コイル層２３から発生する磁束は、スリット２４，２５の幅寸法がｔ２０で形成された磁性膜２２ａ、前記幅寸法ｔ２０よりも小さい幅寸法ｔ２１で形成されたスリット２４，２５を有する磁性膜２２ｂ、及び全くスリットの形成されていないコイル層２３から最も遠い位置に形成された磁性膜２２ｃの順に導かれ易くなるので、より効果的に各磁性膜の磁束分布をほぼ均一な状態にすることができる。
【００８８】
なおこの実施例においても、コイル層２３から遠ざかる磁性膜ほど高い透磁率を有する磁性材料で形成されることが好ましいが、全ての磁性膜がほぼ均一な透磁率を有する磁性材料で形成されていてもかまわない。
【００８９】
前記各磁束密度分布がほぼ均一な状態になると、各磁性膜の損失等価抵抗をほぼ同じ値にすることができ、各磁性膜の損失等価抵抗の総和を低減させることができ、直流重畳特性を向上でき、従来と同程度、あるいはそれ以上のインダクタンスを確保できる。また、特に高周波帯域において、鉄損を低減させることができる。
【００９０】
なお図５に示す実施例では、スリット２４，２５が二つ形成されているが、さらに多くのスリットが形成されていてもかまわない。またスリットにより磁性膜を分断するのではなく、磁性膜の途中にまで切り欠きが形成されたものであってもよい。さらに図５では、磁性膜２２ａ，２２ｂにスリット２４，２５が形成されているが、磁性膜２２ｃにスリットが形成されていてもかまわない。この場合、前記磁性膜２２ｃに形成されるスリットの幅寸法が、磁性膜２２ａ及び磁性膜２２ｂに形成されるスリットに形成される幅寸法に比べて小さいことが好ましい。さらに前記スリット２４，２５は、コイル層２３に最も近い位置に形成された磁性膜２２ａにのみ形成されていてもかまわない。
【００９１】
以上詳述したように本発明では、磁性層を構成する複数の磁性膜の膜厚、幅寸法、あるいは材質等を改良することで、コイル層から遠ざかる磁性膜ほどコイル層からの磁束が誘導されやすくなり、各磁性膜にほぼ均一な磁束分布を形成することが可能になる。
【００９２】
前記各磁束分布がほぼ均一な状態になると、各磁性膜の損失等価抵抗をほぼ同じ値にすることができ、各磁性膜の損失等価抵抗の総和を低減させることができ、直流重畳特性を向上でき、従来と同程度、あるいはそれ以上のインダクタンスを確保できる。また、特に高周波帯域において、鉄損を低減させることができる。
【００９３】
また上記で説明した実施例では、コイル層の上下に絶縁層を介して、第１の磁性層と第２の磁性層が設けられているが、本発明では、前記コイル層に絶縁層を介して少なくとも１つの磁性層が形成された形態のインダクティブ素子にも適応可能なものである。
【００９４】
また上記で説明した実施例では、第１の磁性層及び第２の磁性層がいずれも複数の磁性膜を積層した構造で形成されていたが、本発明では、第１の磁性層または第２の磁性層のどちらか一方の磁性層が、複数の磁性膜を積層した構造のものであってもかまわない。また上記で説明した実施例では、図面上、いずれも磁性層は３層の磁性膜の積層構造であったが、前記磁性膜は２層でもよいし、あるいは３層より多くてもよい。磁性膜の層数は、例えば、２層から１２層である。
【００９５】
また、磁性層を構成する各磁性膜の膜厚を1層ごとに変えるのでなく、２層を一組として、２層ごとに各磁性層の膜厚を変えてもよい。
【００９６】
なお上記した実施例は、いずれも最も好ましい形状を表したものであり、本発明では、上記以外の形状で形成されていてもかまわない。
【００９７】
本発明では、磁性層を形成するいずれか２つの磁性膜を比較したときに、前記コイル層に近い磁性膜の透磁率と膜厚との積の値が、前記コイル層から遠い磁性膜の前記透磁率と膜厚との積の値よりも小さければよい。
【００９８】
また、図１ないし図５に示されたように、磁性層が３層重ねられた磁性膜を有しているときは、コイル層に最も近い磁性膜の透磁率と膜厚との積の値が、それ以外の磁性膜の透磁率と膜厚との積の値よりも小さいことが好ましく、コイル層から最も遠い磁性膜の透磁率と膜厚との積の値が、それ以外の磁性膜の透磁率と膜厚との積の値よりも大きいことがより好ましい。
【００９９】
具体的には、図１及び図２に示された１つの磁性層１１又は１３を構成するいずれか２つの磁性膜を比較したときに、コイル層１２に近い方の磁性膜の透磁率と膜厚との積の値が、コイル層１２から遠い方の磁性膜の透磁率と膜厚との積の値よりも小さければよい。
【０１００】
好ましくは、上記構成に加え、コイル層１２に最も近い磁性膜１１ａ，１３ａの透磁率と膜厚との積の値が、それ以外の磁性膜の透磁率と膜厚との積の値に比べて、最も小さく形成されていることであり、より好ましくは、上記構成に加え、コイル層１２に最も遠い磁性膜１１ｃ，１３ｃの透磁率と膜厚との積の値が、それ以外の磁性膜の透磁率と膜厚との積の値に比べ、最も大きく形成されていることである。
【０１０１】
さらに本発明では、各実施例における好ましい構造として、磁性膜の両側端部が、前記磁性膜よりもコイル層に近い側に形成された磁性膜の両側端部より側方へ延出するように、コイル層から遠ざかる磁性膜ほど幅寸法が大きく形成されているが、本発明では、１つの磁性層を形成する各磁性膜のうち、コイル層に最も近い磁性膜の両側端部が、それ以外の少なくとも１つの磁性膜の両側端部よりも中心側に位置するように形成されているか、もしくは、１つの磁性層を形成する各磁性膜のうち、コイル層から最も遠い磁性膜の両側端部がそれ以外の少なくとも１つの磁性膜の両側端部よりも側方へ延出するように形成されていればよい。
【０１０２】
上記構成によっても、本発明では、少なくともコイル層に最も近い磁性膜へのコイル層からの磁束の集中を回避することができ、また好ましくは、各磁性膜に、均一な磁束分布を形成でき、高周波損失を抑制することが可能になる。
【０１０３】
また本発明では、平面型磁気素子である薄膜インダクタについて説明したが、同じ平面型磁気素子である１次平面コイルと２次平面コイルを有する薄膜トランスなどの他のインダクティブ素子についても本発明を適用することができる。また、多層化された磁性層を有するインダクティブ素子について本発明を適用することができる。
【０１０４】
なお、薄膜インダクタや薄膜トランスは薄膜形成プロセスを有する工程で製造される薄膜磁気素子である。
【０１０５】
【実施例】
本発明では、図４に示す薄膜インダクタのように、磁性層の中央に穴部を形成し、前記磁性層を構成する各磁性膜の膜厚や幅寸法を変えた場合における各磁性膜の磁束分布を三次元有限要素法（ＦＥＭ）で測定した。まず実験の諸条件について以下に説明する。
【０１０６】
薄膜インダクタを構成するコイル層の導体幅を６０μｍ、導体間隔を２５μｍ、さらに巻き数を６ターンで形成した。
【０１０７】
また磁性層を構成する各磁性膜を、比透磁率が磁化困難軸方向にμhard＝１８００、磁化容易軸方向にμeasy＝３００、比抵抗が、１０００μΩ・ｃｍである磁性材料を用いて形成した。また第１の磁性層と第２の磁性層との間の間隔（ギャップ長）を７０μｍで形成した。
【０１０８】
さらに駆動周波数を５ＭＨｚとし、コイル層に流す励磁電流を０．３Ａ（peak to peak：表記は（ｐ−ｐ））とした。
【０１０９】
次に、比較例及び実施例での各磁性膜の膜厚、及び幅寸法について説明する。
まず比較例１となる薄膜インダクタの磁性層は、磁性膜を３層積層した構成であり、各磁性膜の膜厚をすべて２．０μｍで形成し、さらに各磁性膜の幅寸法を全て同じ幅寸法で形成した。
【０１１０】
比較例２となる薄膜インダクタの磁性層は、磁性膜を３層積層した構成であり、各磁性膜の膜厚をすべて２．０μｍで形成し、さらにオーバーハング量（磁性膜の側端部が、コイル層に近い側に形成された磁性膜の側端部から延出する幅寸法）が１５０μｍとなるようにコイル層から遠ざかる磁性膜ほど幅寸法を大きく形成した。
【０１１１】
比較例３となる薄膜インダクタの磁性層は、磁性膜を３層積層した構成であり、コイル層に最も近い磁性膜の膜厚を３μｍ、次にコイル層に近い磁性膜の膜厚を２μｍ、コイル層から最も遠い磁性膜の膜厚を１μｍで形成し、さらにオーバーハング量が１５０μｍとなるようにコイル層から遠ざかる磁性膜ほど幅寸法を大きく形成した。
【０１１２】
実施例１となる薄膜インダクタの磁性層は、磁性膜を３層積層した構成であり、コイル層に最も近い磁性膜の膜厚を１μｍ、次にコイル層に近い磁性膜の膜厚を２μｍ、コイル層から最も遠い磁性膜の膜厚を３μｍで形成し、さらにオーバーハング量が１５０μｍとなるようにコイル層から遠ざかる磁性膜ほど幅寸法を大きく形成した。
【０１１３】
図６ないし図９は、比較例１ないし３、及び実施例１のある一部分の磁性層を、三次元有限要素法（ＦＥＭ）で測定した結果得られた磁束分布を表す模式図である。
【０１１４】
各図のＡは、コイル層から最も遠い位置に形成された磁性膜の磁束分布を示し、Ｂは、中間の位置に形成された磁性膜の磁束分布を示し、Ｃは、コイル層に最も近い位置に形成された磁性膜の磁束分布を示す。
【０１１５】
図６は比較例１の各磁性膜の磁束分布の模式図である。図６に示すように、コイル層に最も近い磁性膜（図６Ｃ）の０．４Ｔ（テスラ）の磁束密度領域は、コイル層から離れる磁性膜の順（図６Ｂ、図６Ａの順）に徐々に小さくなっており、各磁性膜の磁束分布が不均一であることがわかる。
【０１１６】
図７は比較例２の各磁性膜の磁束分布の模式図である。この場合も図６と同様に、コイル層に最も近い磁性膜（図７Ｃ）の０．４Ｔの磁束密度領域は、コイル層から離れる磁性膜の順（図７Ｂ、図７Ａの順）に徐々に小さくなっており、各磁性膜の磁束分布が不均一であることがわかる。
【０１１７】
このように、各磁性膜を同じ膜厚、同じ幅寸法で形成した場合（比較例１）及び各磁性膜を同じ膜厚で形成し、且つ各磁性膜をオーバーハングさせた場合（比較例２）では、いずれの場合も各磁性膜の磁束分布を均一に形成することができないとわかる。
【０１１８】
次に図８は比較例３の各磁性膜の磁束分布の模式図である。この場合、コイル層に最も近い磁性膜（図８Ｃ）の０．４Ｔの磁束密度領域は、図８Ｂ、及び図８Ａの場合に比べて非常に大きくなっており、この比較例３では、上記した比較例１及び２の場合に比べても、各磁性膜における磁束分布がさらに不均一化されていることがわかる。
【０１１９】
比較例３の場合は、コイル層から遠ざかる磁性膜ほど膜厚を小さく形成しているが、このような構造では、比較例１及び２の場合に比べても、コイル層から発生する磁束は、コイル層に最も近い膜厚の厚い磁性膜にさらに集中し、コイル層から最も遠い膜厚の薄い磁性膜には、ほとんど導かれない状態になっている。
【０１２０】
よってコイル層から遠ざかる磁性膜ほど膜厚を小さく形成すると、最も磁束分布の不均一化が促進される結果となる。
【０１２１】
図９は実施例１の各磁性膜の磁束分布の模式図である。図９に示すように、各磁性膜全てが、ほぼ同様の磁束分布を有していることがわかる。図９に示す実施例１の場合は、コイル層から遠ざかる磁性膜ほど膜厚を厚く形成しているが、これによりコイル層から遠ざかる磁性膜ほどコイル層からの磁束が導かれ易くなり、適切にコイル層からの磁束が各磁性膜に分散されて、各磁性膜にてほぼ同等の磁束密度分布が形成されるのである。
【０１２２】
次に、前記磁性層を構成する各磁性膜の透磁率と膜厚との積の値を変えた場合における磁性層の損失等価抵抗を三次元有限要素法（ＦＥＭ）で測定した。まず実験の諸条件について以下に説明する。
【０１２３】
薄膜インダクタを構成するコイル層の導体幅を６０μｍ、導体間隔を２５μｍ、さらに巻き数を６ターンで形成した。
【０１２４】
また磁性層を構成する各磁性膜を、比透磁率が磁化困難軸方向にμhard＝１８００、磁化容易軸方向にμeasy＝３００、比抵抗が、１０００μΩ・ｃｍである磁性材料を用いて形成した。また第１の磁性層と第２の磁性層との間の間隔（ギャップ長）を７０μｍで形成した。
【０１２５】
さらに駆動周波数を５ＭＨｚとし、コイル層に流す励磁電流を０．３Ａ（peak to peak：表記は（ｐ−ｐ））とした。
【０１２６】
次に、比較例及び実施例での各磁性膜について説明する。
まず、比較例４となる薄膜インダクタの磁性層は、磁性膜を厚さ６μｍの単層膜とした構成である。
【０１２７】
比較例５となる薄膜インダクタの磁性層は、磁性膜を３層積層した構成であり、各磁性膜の膜厚をすべて２．０μｍで形成し、さらに各磁性膜の幅寸法を全て同じ幅寸法で形成した。従って、各磁性膜の磁化困難軸方向の透磁率（μ）と膜厚（ｔ）との積の値は、すべて３６００である。
【０１２８】
比較例６となる薄膜インダクタの磁性層は、磁性膜を３層積層した構成であり、コイル層に最も近い磁性膜の膜厚を３μｍ、次にコイル層に近い磁性膜の膜厚を２μｍ、コイル層から最も遠い磁性膜の膜厚を１μｍで形成し、さらに各磁性膜の幅寸法を全て同じ幅寸法で形成した。従って、各磁性膜の磁化困難軸方向の透磁率（μ）と膜厚（ｔ）との積の値は、コイル層に近いほうの磁性膜から順に５４００、３６００、１８００である。
【０１２９】
比較例７となる薄膜インダクタの磁性層は、磁性膜を３層積層した構成であり、各磁性膜の膜厚をすべて２．０μｍで形成し、さらに各磁性膜の幅寸法を全て同じ幅寸法で形成した。また、もっともコイル層に近い磁性膜と中央の磁性膜には、図５に示された薄膜インダクタの磁性層と同様の磁化困難軸方向のスリットを設けた。各磁性膜の磁化困難軸方向の透磁率（μ）と膜厚（ｔ）との積の値は、すべて３６００である。
【０１３０】
比較例８となる薄膜インダクタの磁性層は、磁性膜を３層積層した構成であり、コイル層に最も近い磁性膜の膜厚を３μｍ、次にコイル層に近い磁性膜の膜厚を２μｍ、コイル層から最も遠い磁性膜の膜厚を１μｍで形成し、さらに各磁性膜の幅寸法を全て同じ幅寸法で形成した。また、もっともコイル層に近い磁性膜と中央の磁性膜には、図５に示された薄膜インダクタの磁性層と同様の磁化困難軸方向のスリットを設けた。従って、各磁性膜の磁化困難軸方向の透磁率（μ）と膜厚（ｔ）との積の値は、コイル層に近いほうの磁性膜から順に５４００、３６００、１８００である。
【０１３１】
実施例２となる薄膜インダクタの磁性層は、磁性膜を３層積層した構成であり、コイル層に最も近い磁性膜の膜厚を１μｍ、次にコイル層に近い磁性膜の膜厚を２μｍ、コイル層から最も遠い磁性膜の膜厚を３μｍで形成し、さらに各磁性膜の幅寸法を全て同じ幅寸法で形成した。各磁性膜の磁化困難軸方向の透磁率（μ）と膜厚（ｔ）との積の値は、コイル層に近いほうの磁性膜から順に１８００、３６００、５４００である。
【０１３２】
実施例３となる薄膜インダクタの磁性層は、磁性膜を３層積層した構成であり、コイル層に最も近い磁性膜の膜厚を１μｍ、次にコイル層に近い磁性膜の膜厚を２μｍ、コイル層から最も遠い磁性膜の膜厚を３μｍで形成し、さらに各磁性膜の幅寸法を全て同じ幅寸法で形成した。また、もっともコイル層に近い磁性膜と中央の磁性膜には、図５に示された薄膜インダクタの磁性層と同様の磁化困難軸方向のスリットを設けた。各磁性膜の磁化困難軸方向の透磁率（μ）と膜厚（ｔ）との積の値は、コイル層に近いほうの磁性膜から順に１８００、３６００、５４００である。
【０１３３】
なお、比較例５から８並びに実施例２及び３の各磁性膜の間には、厚さ０．２μｍのＡｌ2Ｏ3層が形成されている。
【０１３４】
結果を表１に示す。なお、表1ではコイル層に最も近い磁性膜を磁性膜１、次にコイル層に近い磁性膜を磁性膜２、コイル層から最も遠い磁性膜を磁性膜３としている。
【０１３５】
【表１】
表1において、比較例４、比較例５、比較例６、及び実施例２を比較すると、磁性層を単層の磁性膜で形成した比較例４よりも、磁性層をすべて同じ厚さの３層の磁性膜で形成した比較例５の方が各磁性膜の損失等価抵抗の総和が低くなっていることがわかる。
【０１３７】
また、磁性層をすべて同じ厚さの３層の磁性膜で形成した比較例５よりも、磁性膜の厚さをコイル層に遠くなるほど厚くなるように形成した実施例２のほうが、各磁性膜の損失等価抵抗の総和が低くなっていることがわかる。
【０１３８】
各磁性膜の透磁率は等しいので、膜厚をコイル層に遠くなるほど厚くなるように形成することによって、各磁性膜の磁化困難軸方向の透磁率（μ）と膜厚（ｔ）との積の値もコイル層に遠くなるほど大きくなり、コイル層から遠ざかる磁性膜ほどコイル層からの磁束が誘導されやすくなり、各磁性膜にほぼ均一な磁束分布を形成することが可能になるためである。
【０１３９】
前記各磁束分布がほぼ均一な状態になると、各磁性膜の等価抵抗をほぼ同程度にすることができ、従来のように、各磁性膜の損失等価抵抗が異なっていた場合に比べ、従来と同程度、あるいはそれ以上のインダクタンスを確保でき、また直流重畳特性を向上できる。さらに、高周波帯域において、鉄損を低減させることができる。
【０１４０】
逆に、比較例６のように、膜厚をコイル層に遠くなるほど薄くなるように形成したものは、各磁性膜の磁化困難軸方向の透磁率（μ）と膜厚（ｔ）との積の値もコイル層に遠くなるほど小さくなり、各磁性膜の磁束分布の不均一性を助長することになっていしまう。その結果、比較例６の各磁性膜の損失等価抵抗の総和は、磁性層を単層の磁性膜によって形成した比較例４よりも大きくなってしまっている。
【０１４１】
また、磁性膜に磁化困難軸方向のスリットを形成した比較例７、比較例８、及び実施例３においても同様に、各磁性膜の磁化困難軸方向の透磁率（μ）と膜厚（ｔ）との積の値がコイル層から遠くなるほど大きくなる実施例３で、各磁性膜の損失等価抵抗の総和が最も低くなっている。しかも、実施例３の各磁性膜の損失等価抵抗の総和は、実施例２の各磁性膜の損失等価抵抗の総和よりも低くなっており、磁性膜に磁化困難軸方向のスリットを形成した効果が現れていることがわかる。
【０１４２】
なお、各磁性膜の損失等価抵抗の総和とは、コイル層の上下にある２つの磁性層を形成する合計６層の磁性膜の損失等価抵抗の総和のことである。
【０１４３】
なお、本実施例では、３つの磁性薄膜からなる１つの磁性層全体の厚さが６μｍとなるように各比較例及び各実施例を形成したが、磁性層全体の厚さは任意に変更することが可能である。
【０１４４】
例えば、磁性層全体の厚さを９μｍとして、磁性層を３層の磁性膜で形成するときに、各磁性膜の厚さをコイル層に近い磁性膜から順に、１．５μｍ、３．０μｍ、４．５μｍと形成することや、磁性層全体の厚さを１２μｍとして、磁性層を３層の磁性膜で形成するときに、各磁性膜の厚さをコイル層に近い磁性膜から順に、２．０μｍ、４．０μｍ、６．０μｍと形成することができる。このとき、各磁性膜の透磁率を等しくすることにより、各磁性膜の透磁率と膜厚との積の値をコイル層から遠くなるほど大きくして、コイル層から遠ざかる磁性膜ほどコイル層からの磁束が誘導されやすくでき、各磁性膜を均一の膜厚で形成したときよりも各磁性膜にほぼ均一な磁束分布を形成することが可能になることも分かっている。
【０１４５】
磁性層全体の厚さを厚くするとインダクティブ素子のインダクタンスを大きくすることができる。
【０１４６】
また、磁性層を構成する各磁性膜の透磁率と膜厚との積の値の範囲は、例えば、１８００〜１０８００である。
【０１４７】
【発明の効果】
以上詳述した本発明によれば、前記磁性層を形成するいずれか２つの磁性膜を比較したときに、前記コイル層に近い磁性膜の透磁率と膜厚との積の値を、前記コイル層から遠い磁性膜の前記透磁率と膜厚との積の値よりも小さくすることで、コイル層に近い磁性膜に磁束が集中するのを回避できる。
【０１４８】
例えば、前記コイル層に最も近い磁性膜の透磁率と膜厚との積の値を、それ以外の磁性膜の透磁率と膜厚との積の値よりも小さくし、あるいは、前記コイル層から最も遠い磁性膜の透磁率と膜厚との積の値を、それ以外の磁性膜の透磁率と膜厚との積の値よりも大きくし、最も好ましくは、前記磁性膜の透磁率と膜厚との積の値を、前記コイル層から遠ざかるにしたがって順に大きくすることで、コイル層に近い磁性膜に磁束が集中するのを回避でき、コイル層から遠ざかる膜厚の厚い磁性膜に磁束が導かれ易くなる。
【０１４９】
また、本発明によれば、前記磁性層を形成する任意の２つの磁性膜を比較したときに、前記コイル層に近い磁性膜の膜厚を、前記コイル層から遠い磁性膜の膜厚よりも小さくすることで、コイル層に近い磁性膜に磁束が集中するのを回避できる。
【０１５１】
よって本発明では、各磁性膜にほぼ均一な磁束分布が得られ、全ての磁性膜を、ほぼ同じように機能させることが可能になる。
【０１５２】
本発明によれば、各磁性膜の膜厚を適正に調整することで、各磁性膜の損失等価抵抗をほぼ同じ値に設定でき、従来に比べ直流重畳特性の向上を図ることができる。また、インダクタンスの低下を抑えることができる。また、高周波帯域においても、鉄損の低下を図ることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における薄膜インダクタ（インダクティブ素子）の構造を示す部分斜視図、
【図２】図１の切断線２−２をａ方向から切断した際の薄膜インダクタの構造を示す部分断面図、
【図３】参考例における他の薄膜インダクタ（インダクティブ素子）の構造を示す部分断面図、
【図４】本発明における他の薄膜インダクタ（インダクティブ素子）の構造を示す部分平面図、
【図５】本発明における他の薄膜インダクタ（インダクティブ素子）の構造を示す部分平面図、
【図６】全ての磁性膜の膜厚及び幅寸法を同じにした場合の各磁性膜の磁束分布を示す模式図、
【図７】全ての磁性膜の膜厚を同じ膜厚で形成し、且つ各磁性膜をオーバーハングさせた場合の各磁性膜の磁束分布を示す模式図、
【図８】コイル層から遠ざかる磁性膜ほど膜厚を小さく形成し、且つ各磁性膜をオーバーハングさせた場合の各磁性膜の磁束分布を示す模式図、
【図９】コイル層から遠ざかる磁性膜ほど膜厚を大きく形成し、且つ各磁性膜をオーバーハングさせた場合の各磁性膜の磁束分布を示す模式図、
【図１０】従来の薄膜インダクタ（インダクティブ素子）の構造を示す部分断面図、
【図１１】図１０の薄膜インダクタにおける周波数と各磁性膜の損失等価抵抗との関係を示すグラフ、
【符号の説明】
１０ 薄膜インダクタ
１１、１６、２０、２２ 第１の磁性層
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ 磁性膜
１２、１７、２１、２３ コイル層
１３、１８ 第２の磁性層
２４、２５ スリット
Claims (13)
- コイル層および、絶縁層を介して前記コイル層を覆う磁性層が設けられたインダクティブ素子において、前記磁性層は、少なくとも２層の磁性膜が重ねられて形成されており、各磁性膜の膜厚が相違することによって、各磁性膜の透磁率と膜厚との積の値が相違し、前記磁性層を形成する任意の２つの磁性膜を比較したときに、前記コイル層に近い磁性膜の透磁率と膜厚との積の値が、前記コイル層から遠い磁性膜の前記透磁率と膜厚との積の値よりも小さくなる磁性膜の組みあわせを含むことを特徴とするインダクティブ素子。
- 前記各磁性膜の透磁率が同じである請求項１記載のインダクティブ素子。
- 前記磁性層は３層以上重ねられた磁性膜を有し、前記コイル層に最も近い磁性膜の透磁率と膜厚との積の値が、それ以外の磁性膜の透磁率と膜厚との積の値よりも小さい請求項１または２に記載のインダクティブ素子。
- 前記磁性層は３層以上重ねられた磁性膜を有し、前記コイル層から最も遠い磁性膜の透磁率と膜厚との積の値が、それ以外の磁性膜の透磁率と膜厚との積の値よりも大きい請求項１ないし３のいずれかに記載のインダクティブ素子。
- 前記磁性層は３層以上重ねられた磁性膜を有し、前記磁性膜の透磁率と膜厚との積の値が、前記コイル層から遠ざかるにしたがって順に大きくなる請求項１ないし４のいずれかに記載のインダクティブ素子。
- コイル層および、絶縁層を介して前記コイル層を覆う磁性層が設けられたインダクティブ素子において、前記磁性層は、少なくとも２層の磁性膜が重ねられて形成されており、前記磁性層を形成する任意の２つの磁性膜を比較したときに、前記コイル層に近い磁性膜の膜厚が、前記コイル層から遠い磁性膜の膜厚よりも小さくなる磁性膜の組みあわせを含むことを特徴とするインダクティブ素子。
- 前記磁性層は３層以上重ねられた磁性膜を有し、前記コイル層に最も近い磁性膜の膜厚が、それ以外の磁性膜の膜厚よりも小さい請求項６記載のインダクティブ素子。
- 前記磁性層は３層以上重ねられた磁性膜を有し、前記コイル層から最も遠い磁性膜の膜厚が、それ以外の磁性膜の膜厚よりも大きい請求項６または７に記載のインダクティブ素子。
- 前記磁性層は３層以上重ねられた磁性膜を有し、前記磁性膜の膜厚が、前記コイル層から遠ざかるにしたがって順に大きくなる請求項６ないし８のいずれかに記載のインダクティブ素子。
- 前記磁性層を形成する各磁性膜のうち、コイル層に最も近い磁性膜は、その両側端部がそれ以外の少なくとも１つの磁性膜の両側端部よりも中心側に位置するように形成されている請求項１ないし９のいずれかに記載のインダクティブ素子。
- 前記磁性層を形成する各磁性膜のうち、コイル層から最も遠い磁性膜は、その両側端部がそれ以外の少なくとも１つの磁性膜の両側端部よりも側方へ延出するように形成されている請求項１ないし１０のいずれかに記載のインダクティブ素子。
- 前記磁性層を形成するいずれか２つの磁性膜を比較したときに、前記コイル層から遠い磁性膜の両側端部が、前記コイル層に近い磁性膜の両側端部よりも側方へ延出するように、コイル層から遠ざかる磁性膜ほど幅寸法が大きく形成されている請求項１０または１１に記載のインダクティブ素子。
- 前記磁性層を形成する各磁性膜のうち、前記コイル層から最も遠い磁性膜を除いた少なくとも一つの磁性膜に、スリット或いは切り欠き部が形成されている請求項１ないし１２のいずれかに記載のインダクティブ素子。
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