专利名称：薄膜器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有缠绕于磁性膜上的薄膜线圈的薄膜器件。
背景技术：
以往，在各种用途的电子设备领域中，广泛使用了包含薄膜线圈的薄膜器件。作为这样的薄膜器件的一例，可举出具有电感的电路元件的薄膜电感器。
作为安装在薄膜器件上的薄膜线圈的形状，按照小型化(器件面积的缩小化)以及厚度薄(器件厚度的薄型化)的要求而采用了螺旋型，但是，在不仅要求小型化以及厚度薄、同时也要求提高性能的用途中，采用了螺线管型(例如，参照专利文献1。)。在具有该螺线管型薄膜线圈的薄膜器件中，在薄膜磁性体(磁芯)的周围，励磁导体配置为螺线管状，与具有螺旋型的薄膜线圈的情况相比，能够提高电感。
专利文献1特开平05-029146号公报作为该螺线管型的薄膜线圈，公知的是具有分割为多个部分的结构的薄膜线圈(例如，参照专利文献2。)。该薄膜线圈是将形成在磁性绝缘衬底的一面以及另一面上的第一以及第二线圈导体和形成在贯通该磁性绝缘衬底的贯通孔上的连接导体连接而成的。为了在薄膜线圈整体上使直流电阻均匀化，第一以及第二线圈导体的厚度彼此相等。
专利文献2特开2004-296816号公报在具有螺线管型的薄膜线圈的现有薄膜器件中，在小型化以及厚度薄的观点上满足了要求，另一方面，还不能说满足了提高性能的要求。特别是，在将薄膜器件应用到薄膜电感器时，为了实现提高性能，必须提高电感。
发明内容
本发明是鉴于这样的问题而进行的，其目的在于提供一种在具有缠绕在磁性膜上的薄膜线圈的情况下能够提高电感的薄膜器件。
本发明的第1薄膜器件具有衬底、配置在衬底上的磁性膜、和缠绕在磁性膜上的薄膜线圈，薄膜线圈包括多个第一线圈部分，配列在接近衬底的阶层面上；多个第二线圈部分，配列在远离衬底的阶层面上；多个第三线圈部分，与第一以及第二线圈部分串联连接，第一线圈部分的厚度比第二线圈部分的厚度小。在该薄膜器件中，使第一以及第二线圈部分的厚度总和固定，与使它们的厚度彼此相等的情况不同，因为第一线圈部分的厚度不会过大，所以，磁性膜基底的起伏变小。由此，因为磁性膜的平坦性变好，故磁特性(导磁率)难以恶化。
在该薄膜器件中，还可以具有至少两个追加磁性膜，以夹持磁性膜以及薄膜线圈的方式配置。此外，也可以是多个第二线圈部分以与多个第一线圈部分的一端或者另一端重叠的方式配置，第三线圈部分配置在第一和第二线圈部分相互重叠的位置上。
本发明的第2薄膜器件具有相互对置配置的第一磁性膜以及第二磁性膜、缠绕在第二磁性膜上的薄膜线圈，薄膜线圈包括多个第一线圈部分，配列在第一以及第二磁性膜之间；多个第二线圈部分，夹持第二磁性膜并配列在第一线圈部分的相反侧；多个第三线圈部分，与第一以及第二线圈部分串联连接，在薄膜线圈缠绕方向上的至少一个末端的第一线圈部分的厚度比第二线圈部分的厚度小。在该薄膜器件中，在缠绕于第二磁性膜上的薄膜线圈上，由第一以及第二磁性膜夹持的第一线圈部分中至少末端的厚度比没有被第一以及第二磁性膜夹持的第二线圈部分的厚度小，所以，与第一线圈部分中至少末端的厚度大于等于第二线圈部分的厚度的情况相比，第一以及第二磁性膜间泄漏磁通的量减少。在该薄膜器件中，各第一线圈部分的厚度可以比第二线圈部分的厚度小。此时，各第一线圈部分的厚度可以彼此相等，或者也可以各第一线圈部分的厚度在末端以外更大。在后者的情况下，优选各第一线圈部分的厚度从末端向中央逐渐变大。此外，可以是多个第二线圈部分以与多个第一线圈部分的一端或者另一端重叠的方式配置，第三线圈部分配置在第一和第二线圈部分相互重叠的位置上。并且，优选薄膜线圈的缠绕方向的至少第二线圈部分的厚度TB与末端的第一线圈部分的厚度TA之比TB/TA在1＜TB/TA≤2.7的范围内。
根据本发明的第一薄膜器件，具有缠绕在磁性膜上的薄膜线圈，配置在接近衬底的阶层的第一线圈部分的厚度比配置在远离衬底的阶层的第二线圈部分的厚度小，故能够提高电感。
根据本发明的第二薄膜器件，在缠绕于第二磁性膜上的薄膜线圈中，至少末端的第一线圈部分的厚度比第二线圈部分的厚度小，所以，与至少末端的第一线圈部分的厚度大于等于第二线圈部分的厚度的情况相比，能够提高电感。此时，例如，若使第二线圈部分的厚度TB与至少末端的第一线圈部分的厚度TA之比TB/TA在1＜TB/TA≤2.7的范围内，则能够抑制薄膜线圈的直流电阻增大，并且，能够得到充分的电感。
图1是表示作为本发明第一实施方式的薄膜器件的一个应用例的、薄膜电感器的平面结构的平面图。
图2是表示沿着图1所示的II-II线的薄膜电感器的剖面结构的剖面图。
图3是表示沿着图1所示的III-III线的薄膜电感器的剖面结构的剖面图。
图4是表示沿着图1所示的IV-IV线的薄膜电感器的剖面结构的剖面图。
图5是表示作为针对本发明的薄膜器件的比较例的、薄膜电感器的平面结构的平面图。
图6是表示薄膜电感器的结构的变形例的剖面图。
图7是表示薄膜电感器的结构的另一变形例的剖面图。
图8是表示作为本发明第二实施方式的薄膜器件的一个应用例的、薄膜电感器的平面结构的平面图。
图9是表示沿着图8所示的IX-IX线的薄膜电感器的剖面结构的剖面图。
图10是表示沿着图8所示的X-X线的薄膜电感器的剖面结构的剖面图。
图11是表示沿着图8所示的XI-XI线的薄膜电感器的剖面结构的剖面图。
图12是表示第一比较例的薄膜电感器的剖面结构的剖面图。
图13是表示第二比较例的薄膜电感器的剖面结构的剖面图。
图14是表示本发明的薄膜电感器结构的变形例的剖面图。
图15是表示本发明的薄膜电感器结构的另一变形例的剖面图。
图16是表示本发明的薄膜电感器结构的另一变形例的剖面图。
图17是表示本发明的薄膜电感器结构的另一变形例的剖面图。
图18是表示本发明的薄膜电感器结构的另一变形例的剖面图。
图19是表示电感Ldc的厚度比TB/TA依赖性的图。
图20是表示电感L1M的厚度比TB/TA依赖性的图。
图21是表示电阻Rdc的厚度比TB/TA依赖性的图。
图22是表示电阻R1M的厚度比TB/TA依赖性的图。
图23是表示电感L1M与电阻Rdc之比L1M/Rdc的厚度比TB/TA依赖性的图。
图24是表示电感Ldc与电阻Rdc之比Ldc/Rdc的厚度比TB/TA依赖性的图。
具体实施例方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。
第一实施方式图1～图4示出作为本发明第一实施方式的薄膜器件的一个应用例的薄膜电感器10的结构，图1是平面结构，图2～图4分别表示剖面结构。此处，图2～图4分别表示沿图1所示的II-II线、III-III线以及IV-IV线的剖面。并且，在以下的说明中，接近衬底11的一侧称为“下”，远离衬底11的一侧称为“上”。
如图1～图4所示，该薄膜电感器10具有衬底11、配置在该衬底11上的磁性膜12、缠绕在该磁性膜12上的螺线管型的薄膜线圈13。这些磁性膜12以及薄膜线圈13被绝缘膜14埋设。
衬底11是支撑磁性膜12以及薄膜线圈13的基体，例如，由玻璃、硅(Si)、氧化铝(Al2O3)、陶瓷、铁氧体、半导体或者树脂等构成。并且，衬底11的构成材料不一定限于如上所述的一系列材料，也可以由其他材料构成。
磁性膜12用于提高电感，例如由钴(Co)系合金、铁(Fe)系合金或者镍铁合金(NiFe；所谓的坡莫合金)等导电磁性材料构成。作为钴系合金，例如，可举出钴锆钽(CoZrTa)系合金或者钴锆铌(CoZrNb)系合金等。
薄膜线圈13是在一端(端子13T1)与另一端(端子13T2)之间构成电感器的线圈，例如，由铜(Cu)等导电材料构成。该薄膜线圈13包括多个长方形的下部线圈部分13A(第一线圈部分)，配置在接近衬底11的阶层(下阶层)；多个长方形的上部线圈部分13B(第一线圈部分)，配置在远离衬底11的阶层(上阶层)；多个柱状的中间线圈部分13C(第三线圈部分)，配置在这些下阶层和上阶层之间的阶层，并与下部线圈部分13A以及上部线圈部分13B串联连接。此处，例如，多个上部线圈部分13B以与多个下部线圈部分13A的一端或者另一端重叠的方式配置，在这些下部线圈部分13A以及上部线圈部分13B相互重叠的位置上配置了中间线圈部分13C。下部线圈部分13A的厚度TA比上部线圈部分13B的厚度TB小。并且，下部线圈部分13A以及上部线圈部分13B例如具有彼此相等的宽度W。
绝缘膜14使薄膜线圈13与磁性膜12以及周边电分离，例如，由氧化硅(SiO2)等绝缘非磁性材料或、聚酰亚胺或者抗蚀剂等绝缘性树脂材料构成。该绝缘膜14例如包括设置在衬底11上的下部绝缘膜14A、设置在下部绝缘膜14A上以埋设下部线圈部分13A的下部线圈绝缘膜14B、设置在下部线圈绝缘膜14B上以埋设磁性膜12的上部绝缘膜14C、设置在上部绝缘膜14C上以埋设上部线圈部分13B的上部线圈绝缘膜14D。在这些下部线圈绝缘膜14B以及上部绝缘膜14C上，在每个下部线圈部分13A以及上部线圈部分13B彼此重叠的位置上设置了接触孔14H，在各接触孔14H中埋入了中间线圈部分13C。并且，一系列的绝缘膜14A～14D的构成材料不一定相同，可分别设定。
然后，参照图1～图4对薄膜电感器10的制造方法进行说明。并且，因为已经对一系列的结构要素的材质进行了说明，故以下省略其说明。
即，首先，使用溅射法或者旋涂法等在衬底11上形成下部绝缘膜14A。然后，使用电镀法或者溅射法等在下部绝缘膜14A上形成多个下部线圈部分13A的图形之后，使用溅射法或者旋涂法等形成下部线圈绝缘膜14B以埋设下部线圈部分13A。然后，使用电镀法或者溅射法等在下部绝缘膜14B上形成磁性膜12的图形之后，使用溅射法或者旋涂法等形成上部线圈绝缘膜14C以埋设磁性膜12。继而，使用光刻法或者刻蚀法(例如，离子刻蚀)等选择性地对上部绝缘膜14C以及下部线圈绝缘膜14B进行刻蚀，由此，形成多个接触孔14H之后，使用电镀法等，以与下部线圈部分13A连接的方式在各接触孔14H中形成中间线圈部分13C。最后，使用电镀法或者溅射法等以与中间线圈部分13C相连接的方式在上部绝缘膜14C上对多个上部线圈部分13B形成图形之后，使用溅射法或者旋涂法等形成上部线圈绝缘膜14D，以埋设上部线圈部分13B。由此，形成螺线管型的薄膜线圈13以及绝缘膜14，故完成薄膜电感器10。
在作为本实施方式的薄膜器件的薄膜电感器10中，在缠绕于磁性膜12上的螺线管型的薄膜线圈13上，下部线圈部分13A的厚度TA比上部线圈部分13B的厚度TB小，故由于以下的理由，能够提高电感。
图5示出了作为针对薄膜电感器10的比较例的薄膜电感器100的结构，示出了对应于图2的剖面结构。薄膜电感器100除了具有薄膜线圈113(下部线圈部分113A，上部线圈部分113B)来代替薄膜线圈13这点之外，其他均具有与薄膜电感器10相同的结构。该薄膜线圈113除了下部线圈部分113A的厚度TA与上部线圈部分113B的厚度TB相等这点之外，具有与薄膜线圈13相同的结构。并且，在薄膜电感器10、100中，厚度TA、TB的总和是固定的。
在比较例的薄膜电感器100中，随着厚度TA、TB彼此相等，该厚度TA过大，故若在下部绝缘膜14A上形成下部线圈部分113A，在形成下部线圈绝缘膜14B以及磁性膜12之前产生较大的起伏(高低差)。此时，若形成下部线圈绝缘膜14B以及磁性膜12，则反映基底的起伏，在磁性膜12上产生较大的起伏，该磁性膜12的平坦性变差，所以，磁特性恶化。更具体地说，受到起伏的影响，磁性膜12中的磁区结构非常混乱，故有助于电感的导磁率降低。由此，在比较例中，在具有螺线管型的薄膜线圈113的情形，提高电感是困难的。
与此相对，在本实施方式的薄膜电感器10中，伴随厚度TA比TB小，该厚度TA并不过大，所以，在下部绝缘膜14A上形成下部线圈部分13A时产生的起伏与比较例的情况相比很小。此时，磁性膜12产生的起伏也变小，该磁性膜12的平坦性变好，所以，磁特性(导磁率)难以恶化。因此，在本实施方式中，在具有螺线管型的薄膜线圈13的情况下，能够提高电感。
并且，若在确认之前进行说明，则在图2～图4中，为了简化图示内容，平坦地示出了下部线圈绝缘膜14B以及磁性膜12等。
特别是，在本实施方式中，伴随磁性膜12的平坦性变好，形成在该磁性膜12上的上部绝缘膜14C的平坦性也变好，所以，能够高精度地形成上部线圈部分13B。因为，当使用电镀法形成上部线圈部分13B时，上部绝缘膜14C的平坦性良好，与其平坦性较差的情况相比，光刻步骤的曝光精度变高。
此外，在本实施方式中，在使厚度TA、TB的总和固定的情况下，与厚度TA变小相应地，使厚度TB变大，由此，能够防止薄膜线圈13整体的直流电阻增加。
此外，在本实施方式中，如图2所示，为了提高电感，只具有缠绕了薄膜线圈13的磁性膜12，但是，并不限于此。例如，如对应于图2的图6所示，还可以具有以夹持磁性膜12以及薄膜线圈13的方式配置的追加下部磁性膜15以及追加上部磁性膜16。此处，追加下部磁性膜15配置在衬底11和下部绝缘膜14A之间，追加上部磁性膜16配置在上部线圈绝缘膜14D上。并且，追加下部磁性膜15以及追加上部磁性膜16的结构材料可以是与磁性膜12相同的材料，也可以是不同的材料。此外，追加下部磁性膜15以及追加上部磁性膜16可以分别是单数(单层结构)，或者是多数(层叠结构)。此时，与只具有磁性膜12的情况相比较，能够提高电感。并且，与磁性膜12相同，追加上部磁性膜16的平坦性也变高，所以，从该追加上部磁性膜16的磁特性的观点看，能够有助于电感的提高。
此外，在本实施方式中，图1～图4示出了薄膜线圈13的结构，但是，线圈的匝数、下部线圈部分13A和上部线圈部分13B之间的相对位置关系(重叠的范围)或者端子13T1、13T2的引出方向等并不限于图1～图4所示的情况，可以任意设定。
特别是，在具有追加下部磁性膜15以及追加上部磁性膜16的情况下，如对应于图6的图7所示，可以延长各自的一端部以及另一端部，与磁性膜12连接。此时，因为磁路结构是闭磁路，所以，能够进一步提高电感。并且，在图7中，将追加下部磁性膜15以及追加上部磁性膜16二者连接到磁性膜12上，但是，可以只连接任意一个。
第二实施方式图8～图11示出了作为本发明第二实施方式的薄膜器件的一个应用例的薄膜电感器20的结构，图8是平面结构，图9～图11分别表示剖面结构。此处，图9～图11分别表示沿图8所示的IX-IX线、X-X线以及XI-XI线的剖面。并且，在以下的说明中，接近衬底21的一侧称为“下”，远离衬底21的一侧称为“上”。
如图8～图11所示，该薄膜电感器20具有在衬底21上层叠了下部磁性膜22、由绝缘膜25埋设的上部磁性膜23以及薄膜线圈24的结构。下部磁性膜22以及上部磁性膜23彼此对置配置，薄膜线圈24具有缠绕在上部磁性膜23上的螺线管型结构。
衬底21支撑下部磁性膜22、上部磁性膜23以及薄膜线圈24，例如，由玻璃、硅、氧化铝、陶瓷、铁氧体、半导体或者树脂等构成。并且，衬底21的构成材料不一定限于如上所述的一系列材料，可以由其他材料构成。
下部磁性膜22以及上部磁性膜23分别是提高电感的第一以及第二磁性膜，例如，由钴系合金、镍铁合金等磁性材料构成。作为钴系合金，例如，可举出钴锆钽系合金或者钴锆铌系合金等。
薄膜线圈24是在一端(端子24T1)与另一端(端子24T2)之间构成电感器的线圈，例如，由铜等导电材料构成。
该薄膜线圈24串联连接了多个长方形的下部线圈部分24A以及上部线圈部分24B、多个柱状的中间线圈部分24C。下部线圈部分24A是配置在下部磁性膜22和上部磁性膜23之间的阶层(下阶层)的第一线圈部分。上部线圈部分24B是夹持上部磁性膜23并配置在下部线圈部分24A相反侧的阶层(上阶层)的第二线圈部分，以与下部线圈部分24A的一端或者另一端重叠的方式配置。这些下部线圈部分24A以及上部线圈部分24B例如具有矩形的剖面形状，具有彼此相等的宽度W。中间线圈部分24C是配置在下阶层和上阶层之间的阶层的第三线圈部分，位于下部线圈部分24A以及上部线圈部分24B彼此重叠的位置上。
薄膜线圈24的匝数能够任意设定。在图8～图11中，例如，示出了薄膜线圈24的匝数＝4匝的情况。此时，例如将下部线圈部分24A用作端子24T1、24T2，由此，配置5个下部线圈部分24A(24A1～24A5)，并且，配置了4个上部线圈部分24B(24B1～24B4)。
薄膜线圈24的缠绕方向的至少末端的下部线圈部分24A的厚度TA比上部线圈部分24B的厚度TB小。该“末端”例如是在薄膜线圈24的缠绕方向排列了多个下部线圈部分24A时位于其排列末端的下部线圈部分24A，例如不只包含一端侧的末端、而且还包括一端侧和另一端侧二者的末端的情况。此外，“薄膜线圈24的缠绕方向”例如是薄膜线圈24一边缠绕在上部磁性膜23上一边行进(整体延伸)的方向，图8～图11中是左右方向。此处，例如所有的下部线圈部分24A1～24A5的厚度TA比上部线圈部分24B的厚度TB小，并且，各下部线圈部分24A1～24A5的厚度TA彼此相等。即，厚度TB与厚度TA之比(厚度比)TB/TA在TB/TA＞1的范围。该(厚度比)TB/TA可任意设定。特别是，厚度比TB/TA例如从抑制薄膜线圈24的直流电阻增大的观点看，优选在1＜TB/TA≤2.7的范围。
绝缘膜25使薄膜线圈24与下部磁性膜22以及上部磁性膜23电分离，例如，由氧化硅(SiO2)等绝缘非磁性材料或、聚酰亚胺或者抗蚀剂等绝缘性树脂材料构成。该绝缘膜25例如包括设置在下部磁性膜22上的下部绝缘膜25A、设置在该下部绝缘膜25A上以埋设下部线圈部分24A的下部线圈绝缘膜25B、设置在该下部线圈绝缘膜25B上以埋设上部磁性膜23的上部绝缘膜25C、设置该在上部绝缘膜25C上以埋设上部线圈部分24B的上部线圈绝缘膜25D。在这些下部线圈绝缘膜25B以及上部绝缘膜25C上，在每个下部线圈部分24A以及上部线圈部分24B彼此重叠的位置上设置了接触孔25H，在各接触孔25H中埋入了中间线圈部分24C。并且，一系列的绝缘膜25A～25D的构成材料并不一定相同，可分别设定。
然后，参照图8～图11对薄膜电感器20的制造方法进行简单说明。并且，因为已经对一系列的结构要素的材质进行了说明，所以，以下省略其说明。
即，首先，使用电镀法或者溅射法等在衬底21上形成下部磁性膜22之后，使用溅射法或者旋涂法等在下部磁性膜22上形成下部绝缘膜25A。然后，使用电镀法或者溅射法等在下部绝缘膜25A上形成多个下部线圈部分24A的图形之后，使用溅射法或者旋涂法等形成下部线圈绝缘膜25B以埋设下部线圈部分24A。然后，使用电镀法或者溅射法等在下部绝缘膜25B上构图形成上部磁性膜23之后，使用溅射法或者旋涂法等形成上部绝缘膜25C以埋设上部磁性膜23。然后，使用光刻法或者刻蚀法(例如，离子刻蚀)等选择性地对上部绝缘膜25C以及下部线圈绝缘膜25B进行刻蚀，由此，形成多个接触孔25H之后，使用电镀法等，以与下部线圈部分24A连接的方式在各接触孔25H中形成中间线圈部分24C。最后，使用电镀法或者溅射法等以与中间线圈部分24C连接的方式在上部绝缘膜25C上对多个上部线圈部分24B进行构图形成之后，使用溅射法或者旋涂法等形成上部线圈绝缘膜25D，以埋设上部线圈部分24B。由此，形成螺线管型的薄膜线圈24以及绝缘膜25，故完成薄膜电感器20。
在作为本实施方式的薄膜器件的薄膜电感器20中，在缠绕于上部磁性膜23上的螺线管型的薄膜线圈24中，下部磁性膜22以及上部磁性膜23所夹持的下部线圈部分24A(24A1～24A5)的厚度TA比未被下部磁性膜22以及上部磁性膜23夹持的上部线圈部分24B(24B1～24B4)的厚度TB小(厚度比TB/TA＞1)，所以，由于以下的理由，能够提高电感。
图12以及图13分别示出了第一以及第二比较例的薄膜电感器200、300的结构，均示出了对应于图9的剖面结构。这些薄膜电感器200、300除了分别具有薄膜线圈214(下部线圈部分214A，上部线圈部分214B)以及薄膜线圈314(下部线圈部分314A，上部线圈部分314B)来代替薄膜线圈24这点之外，具有与薄膜电感器20相同的结构。该薄膜线圈214的结构除了下部线圈部分214A的厚度TA与上部线圈部分214B的厚度TB相等这点之外(厚度比TB/TA＝1)，其他与薄膜线圈24的结构相同。并且，在薄膜电感器20、200、300中，厚度TA、TB的总和是固定的。
在第一比较例的薄膜电感器200中，因为下部线圈部分214A的厚度TA过大，所以，夹持该下部线圈部分214A的下部磁性膜22以及上部磁性膜23彼此离开过远。此时，在下部磁性膜22和上部磁性膜23之间，泄漏磁通J的量变多，所以，薄膜线圈214的电感降低。由此，在第一比较例中，提高电感是困难的。
此外，在第二比较例的薄膜电感器300中，因为下部线圈部分314A的厚度TA比第一比较例的情况大，所以，在下部磁性膜22和上部磁性膜23之间泄漏磁通J的量变多。由此，在第二比较例中，提高电感仍然很困难。
与此相对，在本实施方式的薄膜电感器20中，因为下部线圈部分214A的厚度TA比第一以及第二比较例的情况小，所以，下部磁性膜22和上部磁性膜23彼此十分接近。此时，在下部磁性膜22和上部磁性膜23之间，泄漏磁通J的量比第一以及第二比较例的情况少，所以，薄膜线圈24的电感增大。因此，在本实施方式中，在具有螺线管型的薄膜线圈24的情况下，能够提高电感。此时，使厚度TA相对于厚度TB相对地较小，即，厚度比TB/TA越大，越能增加电感。
特别是，在本实施方式中，若使厚度比TB/TA在1.0＜TB/TA≤2.7的范围内，则能够抑制薄膜线圈24的直流电阻过于增大，并且，能够得到充分的电感。
此外，在本实施方式中，伴随下部线圈部分24A的厚度TA比上部线圈部分24B的厚度小，在以下的观点中，也能够提高电感。
即，在第一以及第二比较例中，因为下部线圈部分214A、314A的厚度TA过大，因而，当在平坦的下部绝缘膜25A上形成下部线圈部分214A、314A时，在形成下部线圈绝缘膜25B以及上部磁性膜23之前，产生较大的起伏(高低差)。此时，若形成下部线圈绝缘膜25B以及上部磁性膜23，则反映基底的起伏，在上部磁性膜23上产生较大的起伏，该上部磁性膜23的平坦性变差，故磁特性容易恶化。更具体地说，受到起伏的影响，上部磁性膜23中的磁区结构非常混乱，故有助于电感的导磁率降低。
与此相对，在本实施方式中，下部线圈部分24A的厚度TA比第一以及第二比较例的情况小，所以，在下部绝缘膜25A上形成下部线圈部分24A时所产生的起伏不会过于变大。此时，上部磁性膜23中所产生的起伏变小，该上部磁性膜23的平坦性变好，所以，磁特性(导磁率)不容易变差。因此，在本实施方式中，在基于上部磁性膜23的平坦性的磁特性的观点中，也能够提高电感。
并且，在本实施方式中，如图9所示，使下部磁性膜22以及上部磁性膜23分离，但是，并不限于此。例如，如对应于图9的图14所示，可以使下部磁性膜22以及上部磁性膜23彼此连接。在图14中示出了如下情况例如，在下部磁性膜22和上部磁性膜23之间设置连接部26，由此，通过连接部26连接它们的一端之间或者另一端之间。构成该连接部26的磁性材料可以与下部磁性膜22以及上部磁性膜23的构成材料相同，或者不同。此时，因为磁路结构为闭磁路，所以，能够进一步提高电感。
此外，在本实施方式中，如图9所示，各下部线圈部分24A1～24A5的厚度TA彼此相等，但是，并不限于此。对于各下部线圈部分24A1～24A5的厚度TA来说，只要薄膜线圈24的缠绕方向的至少末端的下部线圈部分24A(24A1，24A5)的厚度TA比上部线圈部分24B的厚度TB小，即可任意设定。
具体地说，例如，如对应于图9的图15以及图16所示，末端以外的下部线圈部分24A2～24A4的厚度TA可以比末端的下部线圈部分24A1、24A5的厚度TA大。此时，下部线圈部分24A2～24A4的厚度TA可以彼此相等(参照图15)或者下部线圈部分24A1～24A5的厚度TA从末端(24A1，24A5)向中央(24A3)逐渐变大(参照图16)。此时的下部线圈部分24A2～24A4的厚度TA可以任意设定。在这些情况下，能够得到与图9所示的情况相同的效果。此时，特别是与图9所示的情况相比较，下部线圈部分24A2～24A4的截面积变大，所以，能够降低下部线圈部分24A的直流电阻。并且，在磁通容易集中的末端的下部线圈24A1、24A5的附近，磁通的集中度高，故能够进一步提高电感。
在图15以及16所示的情况下，若考虑将下部线圈部分24A2～24A4的最大厚度TA(图15中是下部线圈部分24A2～24A4的厚度TA，图16中是下部线圈部分24A3的厚度TA)设定为相等的情形，则与图15相比，在图16中，能够使电感进一步变大。因为，在图15中，下部线圈部分24A1、24A2间以及24A4、24A5间的厚度TA的差异较大，所以，在上部磁性膜23上局部地产生台阶差，由此，平坦性变差，与此相对，在图16中，相邻的下部线圈部分24A1～24A5间的厚度TA的差异较小，所以，在上部磁性膜23上不会局部地产生台阶差，平坦性变好。
此外，例如，如对应于图9的图17所示，末端的下部线圈部分24A1、24A5的厚度TA可以比末端以外的下部线圈部分24A2～24A4的厚度TA大。在图17中，例如，示出了下部线圈部分24A1～24A5的厚度TA从中央(24A3)向末端(24A1，24A5)逐渐变大的情况。此时的下部线圈部分24A1、24A2、24A3、24A4、24A5的厚度TA可任意设定。此时，也能够得到与图9所示的情况相同的效果。此时，与图9所示的情况相比，下部线圈部分24A1、24A2、24A3、24A4、24A5的截面积变大，所以，能够降低下部线圈24A的直流电阻。并且，在末端的下部线圈部分24A1、24A5附近具有磁通容易集中的倾向的情况下，作为整体，磁通的集中度平均化，所以，能够提高直流重叠特性。并且，此处虽未图示，但是，末端的下部线圈部分24A1、24A5的厚度TA比末端以外的下部线圈部分24A2～24A4的厚度TA大的情况下，当然可以使下部线圈部分24A2～24A4的厚度TA彼此相等。
此外，在本实施方式中，如图9所示，伴随以夹持下部线圈部分24A的方式配置了下部磁性膜22以及上部磁性膜23，该下部线圈部分24A的厚度TA比上部线圈部分24B的厚度TB小，但是，并不限于此。例如，如对应于图9所示的图18所示，配置下部磁性膜22代替上部磁性膜23，并且，在上部线圈绝缘膜25D上配置上部磁性膜23，由此，以夹持上部线圈部分24B的方式配置下部磁性膜22以及上部磁性膜23来代替下部线圈部分24A时，该上部线圈部分24B的厚度TB可以比下部线圈部分24A的厚度TA小。此时，也能得到与图9所示的情况相同的作用，故能够提高电感。
此外，在本实施方式中，在图8～图11中示出了薄膜线圈24的结构，但是，下部线圈部分24A与上部线圈部分24B之间的相对位置关系(重叠的范围)或者端子24T1、24T2的引出方向等不限于图8～图11所示的情况，可任意设定。
此外，在本实施方式中，如图9所示，使下部磁性膜22以及上部磁性膜23的厚度相同，但是，并不限于此，可以改变其厚度。具体地说，例如，可以使对应于末端的下部线圈部分24A1、24A5的末端部分的厚度部分地变大。此时，在末端部分，因为下部磁性膜22以及上部磁性膜23的饱和磁通密度提高，所以，能够提高直流重叠特性。
实施例然后，对本发明的实施例进行说明。
首先，为了研究本发明的薄膜电感器的性能，制造了图1～图4所示的薄膜电感器。此时，衬底、磁性膜、薄膜线圈以及绝缘膜的形成材料分别是硅、钴系非晶合金、铜以及氧化硅，并且，下部线圈部分的厚度TA以及上部线圈部分的厚度TB分别为40μm以及160μm(厚度TA、TB的总和＝200μm)。
此外，为了评价本发明的薄膜电感器的性能，制造了图5所示的比较例的薄膜电感器。此时，除了厚度TA、TB都是100μm这点以外，其他均为与本发明的薄膜电感器相同的制造条件。
研究这些本发明以及比较例的薄膜电感器的性能，得到表1所示的结果。表1中表示薄膜线圈的结构与性能之间的相关，并示出了下部线圈部分的厚度TA(μm)、上部线圈部分的厚度TB(μm)、磁性膜的导磁率μ(-)以及电感L(μH)。
表1
由表1所示的结果判断，在本发明中，薄膜电感器的性能与比较例相比得到了提高。具体地说，在厚度TA、TB彼此相等的比较例中，导磁率μ停留于1000，所以，电感L为0.422μH。与此相对，在厚度TA比厚度TB小的本发明中，导磁率μ增加到2000，为比较例的倍数，故电感L为0.455μH，与比较例相比，提高了约7.8％。因此，在本发明的薄膜电感器中，能够确认为在具有螺线管型的薄膜线圈的情况下，使下部线圈部分的厚度比上部线圈部分的厚度小，由此，能够提高电感。
然后，通过使用有限要素法的磁场分析，估计具有图8～图13所示的螺线管型的薄膜线圈的薄膜电感器的各个性能时，能够得到图19～图24所示的一系列的结果。图19～图22分别示出电感Ldc(×10-6H)、电感L1M(×10-6H)、电阻Rdc(Ω)、以及电阻R1M(Ω)的厚度比TB/TA依赖性。此外，图23以及图24分别示出电感L1M与电阻Rdc之比L1M/Rdc以及电感Ldc与电阻Rdc之比Ldc/Rdc的厚度比TB/TA依赖性。所述的“电感Ldc”以及“电阻Rdc”都是通过静磁场分析而计算出的值，一般地，能够以kHz量级的低频区域的分析值进行近似。另一方面，“电感L1M”以及“电阻R1M”都是频率＝1MHz时的值。
在估计该薄膜电感器的各性能时，如上所述，设定了一系列的参数。即，对于薄膜线圈来说，线宽度＝100μm、线间隔＝20μm、匝数＝16匝、间隙＝5μm、下部线圈部分的厚度TA以及上部线圈部分的厚度TB的总和＝200μm，并且，使厚度比TB/TA在0.1(18μm/182μm)、0.43(60μm/140μm)、0.67(80μm/120μm)、1(100μm/100μm)、1.5(120μm/80μm)、2.33(140μm/60μm)、4(160μm/40μm)7个阶段变化。厚度比TB/TA＜1(TB/TA＝0.1、0.43、0.67)对应于图13所示的第二比较例、厚度比TB/TA＝1对应于图12所示的第一比较例、厚度比TB/TA＞1(TB/TA＝1.5、2.33、4)对应于图8～图11所示的本发明。此外，对于下部磁性膜以及上部磁性膜来说，厚度＝10μm、导磁率μ＝2000、电阻率＝100μΩcm。并且，在图19～图24中的图21中，使厚度比TB/TA在7个阶段(包括TB/TA＝0.1)变化，除了图21以外，厚度比TB/TA在6个阶段(不包括TB/TA＝0.1)变化。
如图19以及图20所示，电感Ldc、L1M都随着厚度比TB/TA的增大而逐渐增大。此外，如图21以及图22所示，电阻Rdc描绘为以厚度比TB/TA＝1为顶点的向下凸形的曲线，并且，电阻R1M随着厚度比TB/TA变大而逐渐增加。因此，在本发明的薄膜电感器中，可以确认，在具有螺线管型的薄膜线圈时，使下部线圈部分的厚度TA比上部线圈部分的厚度TB小，由此，能够提高动作时的电感。
此外，根据图19以及图21所示的结果，如图23以及图24所示，比L1M/Rdc、Ldc/Rdc都描绘为以厚度比TB/TA＝1.5为顶点的向上的凸形曲线。此时，表示本发明的薄膜电感器的厚度比TB/TA＞1范围的比L1M/Rdc、Ldc/Rdc，与表示第一以及第二比较例的薄膜电感器的厚度比TB/TA≤1范围的比L1M/Rdc、Ldc/Rdc相比较，在1＜TB/TA≤2.7的范围内变大。因此可以确认，在本发明的薄膜电感器中，使厚度比TB/TA在1＜TB/TA≤2.7的范围内，由此，将动作频率设定为1MHz的情况以及设定为比1MHz低的低频(例如数kHz～数百kHz)的情况的任意一种情况下，能够抑制薄膜线圈的直流电阻过于增大，并且，能够得到充分的电感。
以上举出了实施方式以及实施例对本发明进行了说明，但是，本发明不限于所述实施方式以及实施例中所说明的方式，可以是各种变形。具体地说，例如，在所述实施方式以及实施例中，对将本发明的薄膜器件应用于薄膜电感器的情况进行了说明，但是，并不限于此，也可以应用于薄膜电感器以外的其他器件中。该“其他器件”例如有薄膜变压器、薄膜磁传感器或MEMS(micro electromechanical systems微机电系统)、或者包括了薄膜电感器、薄膜变压器、薄膜磁传感器或MEMS的滤波器或者模块等。应用于其以外的器件时，也能够得到与所述实施方式以及实施例相同的效果。
本发明的薄膜器件能够应用于例如薄膜电感器、薄膜变压器、薄膜磁传感器或MEMS、或者包括了这些的滤波器或者模块等中。
权利要求
1.一种薄膜器件，其特征在于，具有衬底；配置在所述衬底上的磁性膜；缠绕在所述磁性膜上的薄膜线圈，所述薄膜线圈包括多个第一线圈部分，配列在接近所述衬底的阶层面上；多个第二线圈部分，配列在远离所述衬底的阶层面上；多个第三线圈部分，与所述第一以及第二线圈部分串联连接，所述第一线圈部分的厚度比所述第二线圈部分的厚度小。
2.如权利要求1记载的薄膜器件，其特征在于还具有至少两个追加磁性膜，该追加磁性膜配置成夹持所述磁性膜以及所述薄膜线圈。
3.如权利要求1记载的薄膜器件，其特征在于所述多个第二线圈部分配置成与所述多个第一线圈部分的一端或者另一端重叠，所述第三线圈部分配置在所述第一和第二线圈部分相互重叠的位置上。
4.一种薄膜器件，其特征在于，具有相互对置配置的第一磁性膜以及第二磁性膜；以及缠绕在所述第二磁性膜上的薄膜线圈，所述薄膜线圈包括多个第一线圈部分，配列在所述第一以及第二磁性膜之间；多个第二线圈部分，夹持所述第二磁性膜并配列在所述第一线圈部分的相反侧；多个第三线圈部分，与所述第一以及第二线圈部分串联连接，在所述薄膜线圈缠绕方向上的至少末端的所述第一线圈部分的厚度比所述第二线圈部分的厚度小。
5.如权利要求4记载的薄膜器件，其特征在于所述各第一线圈部分的厚度比所述第二线圈部分的厚度小。
6.如权利要求5记载的薄膜器件，其特征在于所述各第一线圈部分的厚度彼此相等。
7.如权利要求5记载的薄膜器件，其特征在于所述各第一线圈部分的厚度在末端以外更大。
8.如权利要求7记载的薄膜器件，其特征在于所述各第一线圈部分的厚度从末端向中央逐渐变大。
9.如权利要求4记载的薄膜器件，其特征在于所述多个第二线圈部分配置成与所述多个第一线圈部分的一端或者另一端重叠，所述第三线圈部分配置在所述第一和第二线圈部分相互重叠的位置上。
10.如权利要求4记载的薄膜器件，其特征在于所述第二线圈部分的厚度TB与在所述薄膜线圈缠绕方向上的至少末端的所述第一线圈部分的厚度TA之比TB/TA在1＜TB/TA≤2.7的范围内。
全文摘要
本发明提供一种在具有缠绕于磁性膜上的薄膜线圈时能够提高电感的薄膜器件。在缠绕于磁性膜(12)上的薄膜线圈(13)上，下部线圈部分(13A)的厚度TA比上部线圈部分(13B)的厚度TB小。与厚度TA、TB的总和固定、这些厚度TA、TB彼此相等的情况不同，因为下部线圈部分(13A)的厚度TA不会过大，所以，磁性膜(12)基底的起伏变小。由此，磁性膜(12)的平坦性变好，故磁特性(导磁率)不会恶化。
文档编号H01F27/255GK101071679SQ200710092188
公开日2007年11月14日 申请日期2007年3月30日 优先权日2006年3月31日
发明者藤原俊康 申请人:Tdk株式会社