JPH04221812A - 高周波用薄膜トランス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コンバータやスイッチ
ング電源等に好適で、導電性パターンにより小形に構成
され高周波特性に優れる高周波用薄膜トランスに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子機器構成部品の小形化・軽量
化の要請は厳しく、高品質な電力が得られるスイッチン
グ電源等においても小形化は必須の課題であり、スイッ
チング周波数の高周波化により、トランス，コンデンサ
等の部品を小さくすることで小形化が進められてきた。 半導体部品やコンデンサでは、ＬＳＩや積層セラミック
コンデンサに代表されるように、早くから薄膜技術が用
いられ、構成部品小形化の要請に充分応えてきた。一方
、トランスはこれまで最も小形化しにくく、また高周波
化に伴う損失増加を抑えることが難しいため、電源の小
形化を妨げる第一の原因であった。このため、現在、高
周波スイッチング電源の体積は、トランスによって決定
されると言っても過言ではない。そこで近年、高周波化
に対応すべく薄膜形成技術を用いた薄膜トランスの研究
が進められ、スイッチング周波数をＭＨｚ帯域まで高め
た小形電源の開発が強く望まれるようになった。

【０００３】図４に従来の薄膜形成技術で作製された薄
膜トランスの構造模式図を示す。図中、１は基板、２は
絶縁層、３は磁性膜、４は１次導線、５は２次導線を示
している。従来、この種の薄膜トランスの作製は、以下
のように行なわれていた。すなわち、表面が絶縁性であ
る基板１上に、下部導体層をスパッタ等の薄膜形成手法
で成膜し、これをパターンニングして帯状の下部導体を
形成し、この上に絶縁層２をフォトレジスト，ＳｉＯ２
，ＳｉＯ，Ａｌ２Ｏ３，ポリイミド樹脂等で形成し、こ
れを平坦化したのち磁性膜層をスパッタ等で形成し、パ
ターンニングして長方形状の磁性膜３としたのち、この
上にふたたび絶縁層２を形成し、上部導体層形成後、パ
ターンニングで帯状の上部導体を形成して作製される。 これら上部導体と下部導体とはエッチングによるスルー
ホールを通して接続され、磁性膜３を取り巻くように１
次導線４、２次導線５が形成され、トランスが作製され
る。

【０００４】図５は上記従来例の薄膜トランスの磁性膜
３と１次導線４，２次導線５の構造を示す平面図である
。この図では、分り易く表わすために、各導線４，５と
磁性膜３の間の絶縁層２および基板１は省略してある。 従来、平面的に見た磁性膜３は１枚の長方形を成し、そ
の上面，下面を取り巻くように１次導線４，２次導線５
が交互に巻回される構成となっていた。このような従来
例の薄膜トランスによる高周波化のポイントは、スパッ
タ等による薄膜形成技術を用いて、薄い導体と磁性層を
形成し高周波における渦電流損失を低減させることにあ
った。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の技術により、薄膜トランスの磁性層を単に薄膜化す
るだけでは損失の低減が十分ではなく、スイッチング周
波数がＭＨｚを超える領域で特性は著しく劣化する問題
がある。その改善手段として、磁性層３の磁区構造を制
御し、容易磁化方向をトランスの磁路方向に対して垂直
方向に誘導する方法が考えられる。しかし、この処理方
法は、成膜された試料に対し、不活性ガス雰囲気中で磁
界を印加しながら数百℃程度まで加熱する複雑な工程が
必要とされている。また、この方法によれば、この加熱
工程において、構成されている材料の熱膨張率の差，残
留応力等により、導体層・磁性層３の基板１からの剥離
，クラック発生による断線が避けきれず、歩留まりの低
下，信頼性の低下が避けられない。

【０００６】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたものであり、その目的は、上記熱処理方法を用い
ることなく、磁性膜層の容易磁化方向を使用する周波数
に合わせて簡便に制御し、高周波特性に優れ、かつ作製
歩留りの高い高周波用薄膜トランスを提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の高周波用薄膜トランスにおいては、一つま
たは複数の磁性膜層を取り巻くように１次導線および２
次導線を絶縁して螺旋状に巻回する構造の薄膜トランス
であって、前記磁性膜層の少なくとも一つの層を複数個
の矩形磁性薄帯で形成することを特徴としている。

【０００８】

【作用】本発明の高周波用薄膜トランスでは、その薄膜
トランスを構成する磁性膜層を複数個の矩形体に分割す
ることにより、優れた高周波数特性を得るとともに、磁
性膜の容易磁化方向を熱処理方法等によることなく、簡
便に、かつ自在に制御できるようにして、使用する周波
数で最も優れた特性が得られるようにする。また、一枚
の磁性膜を複数の矩形体に分割することで、同時に成膜
過程で生じる膜の残留応力を軽減することにより、膜の
剥離を防止して歩留まりの向上を図る。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を、図面を参照して詳
細に説明する。

【００１０】図１は本発明の第１の実施例の構造を示す
平面図である。本実施例は、図５に示す従来例の磁性膜
が一枚の長方形の形状を持つ薄膜であったのに対し、磁
性膜を複数個の矩形立体に分割して形成したものである
。図中、４は１次導線、５は２次導線、６，６，…は磁
性膜を複数の矩形立体に分割した矩形磁性薄帯である。 図１においても、分り易くするために矩形磁性薄帯６と
各導線４，５の間の絶縁層，および基板は省略してある
。この実施例の作製方法は、図４に示した従来例と同様
な工程で行うが、磁性膜層のパターンニングの際にスリ
ットを入れたマスクを使用することで、一枚の磁性膜層
を複数個の矩形立体に分割する。ここで、本実施例では
、矩形磁性薄帯６の矩形立体の長辺が導線４，５により
発生する磁界方向と同方向（磁路と垂直方向）の構造と
なるように、矩形磁性薄帯６および１次導線４，２次導
線５を形成する。

【００１１】次に、本発明の第２実施例を説明する。図
２は、その第２の実施例の構造を示す平面図である。図
中、４は１次導線、５は２次導線、７，７，…は磁性膜
を複数の矩形立体に分割した矩形磁性薄帯である。図２
においても、分り易くするために矩形磁性薄帯７と各導
線４，５の間の絶縁層、および基板は省略してある。こ
の実施例も、第１の実施例と同様に磁性膜層を複数個の
矩形立体に分割して形成したものであるが、この第２の
実施例では、矩形磁性薄帯７の矩形立体の長辺が各導線
４，５により発生する磁界方向と垂直方向（磁路と同方
向）の構造としている。従って、その作製方法も、第１
の実施例と同様であるが、磁性膜層をパターンニングす
る際のマスクのスリットを変える。

【００１２】以上のように構成した第１および第２の実
施例の作用を図５の従来例と比較して述べる。図３はト
ランスの一次側巻線（１次導線４）のインダクタンスの
周波数依存性について、上記の３種のトランスについて
比較したものである。図中、（Ａ）は図５の従来例の薄
膜トランスの場合、（Ｂ）は第１の実施例による薄膜ト
ランスの場合、（Ｃ）は第２の実施例による薄膜トラン
スの場合を示す。

【００１３】始めに、（Ａ）の従来例の薄膜トランスで
は、磁性膜３内の異方性が小さいために、低周波領域で
高い透磁率を持つものの、高周波では急激に透磁率の低
下が起こる。そのため、低周波において高いインダクタ
ンス値を持つが、数百ｋＨｚ程度からインダクタンスが
低下し、ＭＨｚ帯での使用は難しい。

【００１４】一方、（Ｂ）に示す第１の実施例による矩
形磁性薄帯６の矩形立体の長辺が導線４，５により発生
する磁界方向と同方向の構造を持つ薄膜トランスにおい
ては、磁性体の形状による大きな形状異方性が得られる
ために、周波数の増加に対し追従性が向上し、数ＭＨｚ
の領域まで高い透磁率と高いインダクタンスが得られる
。

【００１５】さらに、（Ｃ）に示す第２の実施例による
矩形磁性膜薄帯７の矩形立体の長辺が導線４，５により
発生する磁界方向と垂直方向の構造を持つ薄膜トランス
においては、磁路と磁性体の容易磁化方向が異なるため
に、低周波数領域においては透磁率およびインダクタン
スの値は小さいが、数ＭＨｚを超え、数１０ＭＨｚの領
域では薄膜トランス（Ａ）、薄膜トランス（Ｂ）を凌ぐ
高い透磁率と高いインダクタンスが得られる。

【００１６】第１および第２の実施例に示したように、
一枚の磁性膜を複数の矩形立体に分割すると、成膜過程
で生じる膜の残留応力が軽減される。また、それと相俟
って容易磁化方向の制御に熱処理方法を使用しないので
、膜の剥離が防止され、歩留りの向上が特性の向上と同
時に達成される。

【００１７】なお、上記実施例では、磁性膜の容易磁化
方向を、導線４，５に電流を流すことにより発生する磁
界方向に対して、０度（平行）と９０度（直交）の二つ
の場合を例に説明したが、０度（平行）から９０度（直
交）までの任意の方向にすることが可能であり、使用す
るスイッチング周波数で最も優れた特性を得ることがで
きる。また、透磁率をより高めるために、磁性膜層を複
数層に形成することも可能であり、その場合、各層とも
矩形立体に分割しても良いし、一部すなわち１次導線と
２次導線により挟まれる両面の少なくとも一方を上記実
施例で述べた矩形磁性薄帯としても良い。さらに、共振
形コンバータのようにスイッチング周波数が変化する場
合には、複数の方向を持つ矩形磁性薄帯の層を設置する
ことにより、広い周波数領域で特性の優れたトランスを
提供することができる。このように本発明は、その主旨
に沿って種々に応用され、種々の実施態様を取り得るも
のである。

【００１８】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
高周波用薄膜トランスによれば、熱処理方法を用いるこ
となく、パターニングにより矩形磁性薄帯を任意の方向
に設置することで、容易磁化方向を簡便に制御すること
ができ、使用する周波数に合わせて優れた高周波数特性
を有するトランスを提供することが可能となる。また、
磁性膜層を複数個の矩形磁性薄帯に分割するので、残留
応力が軽減されるとともに、熱処理方法によらないので
、膜の剥離が防止され、歩留りを向上できる利点がある
。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の構造を示す平面図

【図
２】本発明の第２の実施例の構造を示す平面図

【図３】
上記第１および第２の実施例と従来例のインダクタンス
の周波数依存性を示す比較特性図

【図４】従来例の構造
模式図

【図５】従来例の構造を示す平面図

【符号の説明】

４…１次導線、５…２次導線、６，７…矩形磁性薄帯（
磁性膜）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　一つまたは複数の磁性膜層を取り巻く
   ように１次導線および２次導線を絶縁して螺旋状に巻回
   する構造の薄膜トランスであって、前記磁性膜層の少な
   くとも一つの層を複数個の矩形磁性薄帯で形成すること
   を特徴とする高周波用薄膜トランス。