JP2004253430A

JP2004253430A - 平面コイルの製造方法

Info

Publication number: JP2004253430A
Application number: JP2003039326A
Authority: JP
Inventors: Takashi Ida; 隆伊田; Toshio Sugawa; 俊夫須川; 喜久 ▲高▼瀬; Yoshihisa Takase
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-02-18
Filing date: 2003-02-18
Publication date: 2004-09-09

Abstract

【課題】平面コイルの小型化、薄型化のために、線間が狭くデッドスペースの少ない高占積率コイルを作製する。
【解決手段】絶縁基板１の少なくとも一方の面にあらかじめ形成した下地導体層２の表面に、コイル部を被覆するようにレジスト５を形成する工程と、レジスト５を形成した以外の部分の下地導体層２をエッチングにより除去する工程と、前記レジスト５を除去する工程と、エッチングによって断面形状がほぼ矩形になった下地導体層２の上に、電気めっきによる導体の形成と局部エッチングを繰り返しながら表面導体層６を積層する工程で構成されている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスピーカのボイスコイルや電気回路のインダクタンス、トランス等に広く利用可能である高占積率の平面コイルの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、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平面コイルについても小型化、薄型化することが強く求められている。そのためには、線間が狭くデッドスペースの少ない、つまり高占積率の平面コイルを製造する必要がある。
【０００３】
ここで、占積率について説明しておく。ここで言う占積率とは、平面コイルのコイル導体線条が延びる方向に垂直な断面において、コイル導体線条の配列ピッチを幅とし、コイル導体線条の厚さを高さとする矩形領域に対するコイル導体線条の断面積の比率を意味する。従って、高占積率の平面コイルとするためには、コイル導体線条の断面形状を矩形にしかつ線間を狭くすれば良い。
【０００４】
この高占積率の平面コイルの製造のために、従来からプリント配線技術を応用した製造方法が提案されている。その代表的な技術に、サブトラ法とめっきを組み合わせた方法が良く知られている。この方法は、絶縁基板上に予め形成した下地導体層の表面にコイルパターンのレジストを形成した後、レジスト形成部以外の下地導体層をエッチングによって除去し、さらに、レジストを除去した後に残った下地導体層を核にして電気めっきを行うことにより、下地導体層をめっき導体にて補強し、コイル導体線条を作製する。
【０００５】
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−１４２２５４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このサブトラ法とめっきを組み合わせた方法は、高占積率の平面コイル製造のための有力な方法ではあるが、直流電流を印加して電気めっきを行うため、下地導体層の上面や側面に比較してコーナーやエッジ部などの電流集中部にめっき導体が厚く形成され、コイル導体線条の断面形状を矩形にするのが困難である。また、コーナーやエッジ部に厚く付いためっき導体が隣接するコイル導体線条と接触しないようにするために、コイルの線間を広くする必要がある。そのため、上述した方法では占積率の向上という点では不十分であった。
【０００８】
そこで、本発明は、コイル導体線条の断面形状が正確な矩形で、かつ、線間が狭い高占積率の平面コイルの製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【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、絶縁基板に形成した下地導体層にレジストを形成してエッチングを行い、レジストを除去した後、この下地導体層上に正電流の印加によるめっきとこの正電流より大きい電流密度の逆電流を印加してめっきの一部を局部エッチングすることを同一めっき液中で繰り返して表面導体層を形成して断面形状が矩形のコイル導体線条を形成する方法であり、線間の狭い高占積率の平面コイルを得ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、絶縁基板の少なくとも一方の面に予め形成した下地導体層の表面にコイルとなる部分を被覆するようにレジストを形成する工程と、レジストを形成した以外の部分の下地導体層をエッチングにより除去する工程と、前記レジストを除去し前記エッチングによって断面形状がほぼ矩形となった下地導体層を露出させる工程と、前記下地導体層上に表面導体層を形成するにあたり、正電流の印加によってめっき導体を形成するステップと正電流よりも大きい電流密度の逆電流を印加して前記正電流の印加で形成しためっき導体の一部を局部エッチングするステップとを同一めっき液中で繰り返し、前記下地導体層と前記表面導体層からなる断面形状が矩形のコイル導体線条を形成する工程を有する平面コイルの製造方法である。
【００１１】
ここで、本発明の表面導体層の成長のメカニズムを簡単に説明する。まず、下地導体層の上に正電流を印加してめっき導体を形成する。この時、電流集中部にめっき導体が厚く形成されるため、断面形状は、上面の両端のエッジ部が上面や側面よりも盛り上がった形状となる。この盛り上がるめっき導体の大きさは電流密度の大きさと印加時間に比例し、電流密度が大きく印加時間が長くなるほど盛り上がるめっき導体も大きくなる。また、盛り上がるめっき導体の大きさは、下地導体層の幅や高さおよび線間の距離とも相関があり、特に、線間が狭くなるほど顕著に現れる。次に、逆電流を印加して局部エッチングを行うが、この時、逆電流の電流密度を正電流の電流密度よりも大きくすると、電流集中部のめっき導体から優先的にエッチングされるため、上面や側面のめっき導体はほとんど研削されずに、上面の両端のエッジ部の盛り上がっためっき導体が集中的に研削される。従って、盛り上がっためっき導体を集中的に研削するように局部エッチングの条件を設定すれば、下地導体層の断面形状の矩形を相似形で維持したまま表面導体層を積層できることになる。
【００１２】
また、直流電流による表面導体層の形成では、線間を狭くすると上面の両端の盛り上がっためっき導体が隣接するコイル線条と接続してショートするため、線間を狭くすることは困難である。しかし、めっき導体の形成と局部エッチングを交互に行って表面導体層を形成すると、下地導体層の断面形状の矩形を維持したまま表面導体層を形成することができるので、直流電流によって表面導体層を形成する場合に比べて、線間を狭くすることができる。
【００１３】
このように、断面形状がほぼ矩形の下地導体層の上に表面導体層を形成する際、通常の直流電流による電気めっきではコーナーやエッジ部に電流が集中するため下地導体層の形状を維持したまま表面導体層を形成することは困難であるのに対して、本発明のように電気めっきによるめっき導体の形成と局部エッチングを繰り返して表面導体層を形成すると、電流集中部に形成された余分なめっき導体を局部エッチングによって除去しながら電気めっきによってめっき導体を成長させていくので、核となる下地導体層の断面形状の矩形を相似形で維持したまま表面導体層を形成でき、その結果、コイル導体線条の断面形状が正確な矩形で、かつ、線間の狭い高占積の平面コイルを提供することができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、下地導体層の厚さを２０μｍ〜２００μｍとする請求項１に記載の平面コイルの製造方法であって、下地導体層の厚さを２０μｍ〜２００μｍにしているため、断面形状が矩形となった下地導体層の電気抵抗は低く、給電部から離れた部分でも均一な厚さの表面導体層が形成できる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、表面導体層のめっき導体の形成のために流す正電流の電流密度を３〜６Ａ／ｄｍ^２とする請求項１に記載の平面コイルの製造方法であって、下地導体層の矩形を維持したまま、短時間で表面導体層を形成する最適の電流密度である。つまり、電流密度を小さくすると下地導体層の矩形を維持したまま表面導体層を形成しやすいが所定の厚さにするのに時間がかかり、一方、電流密度を大きくしすぎると、局部エッチングによって除去すべき不要な部分が厚く付くため、矩形の維持が困難になってしまう。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、局部エッチングのために流す負電流の電流密度を表面導体層のめっき導体の形成のために流す正電流の電流密度の２〜３倍とする請求項１に記載の平面コイルの製造方法であって、局部エッチングのために流す負電流の電流密度をめっき導体の形成のために流す正電流の電流密度の２〜３倍としているために、導体形成時にコーナーやエッジ部などの電流集中部に形成されためっき導体を優先的にエッチングすることができ、核となる下地導体層の矩形となった形状を維持したまま表面導体層を形成することができる。つまり、逆電流の電流密度が正電流の電流密度に近いと、電流集中部のエッチングが不十分となって電流集中部に突起が発生し、一方、逆電流の電流密度が大きすぎると、電流集中部のエッチングが進みすぎるため、コーナーやエッジ部分が丸くなってしまう。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、正電流の印加時間と逆電流の印加時間の比を１０：１〜１５：１の範囲とする請求項１に記載の平面コイルの製造方法であって、下地導体層の矩形を維持したまま、短時間で表面導体層を形成する最適の印加時間の比である。つまり、正電流の印加時間を短くすると下地導体層の矩形を維持したまま表面導体層を形成しやすいが所定の厚さにするのに時間がかかり、一方、正電流の印加時間を長くしすぎると、電流集中部に不要なめっき導体が厚く付きすぎ矩形を維持するのが困難になる。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、めっき導体の形成と局部エッチングを繰り返す際の１サイクルの所要時間を０．１秒以下とする請求項１に記載の平面コイルの製造方法であって、１サイクルの所要時間を短くして頻繁にめっき導体の形成とエッチングを繰り返すことにより、核となる下地導体層の矩形となった形状を維持したまま表面導体層を形成することができる。
【００１９】
請求項７に記載の発明は、コイル導体線条の表面上に直流電流による電気めっきで平滑導体層を形成する請求項１に記載の平面コイルの製造方法であって、正電流と逆電流を交互に印加しながら形成した表面導体層の粗い表面上に、直流電流による電気めっきで平滑導体層を形成しているため、表面導体層の表面が酸化しにくくなり、コイル導体の電気抵抗の経時変化を防ぐことができる。
【００２０】
請求項８に記載の発明は、平滑導体層を形成するための直流電流の電流密度を３Ａ／ｄｍ^２以下とする請求項７に記載の平面コイルの製造方法であって、直流電流の電流密度を３Ａ／ｄｍ^２以下にすることによって、給電部近傍と離れた部分との電気めっきバラツキを無くし、かつ核となる下地導体層の矩形を維持したまま平滑導体層を形成することができる。
【００２１】
請求項９に記載の発明は、平滑導体層の厚さを表面導体層の厚さよりも薄くする請求項７に記載の平面コイルの製造方法であって、直流電流印加の電気めっきによって形成する平滑導体層の厚さが薄いために、核となる下地導体層の矩形となった形状を維持することができる。
【００２２】
請求項１０に記載の発明は、表面導体層および／または平滑導体層の形成に用いるめっき液を硫酸銅濃度６０〜１２０ｇ／ｌの硫酸銅めっき液とする請求項１または７に記載の平面コイルの製造方法であって、この濃度範囲のめっき液を用いると、局部エッチングを効率良く実施できるため、矩形を維持しやすいというだけでなく、経済的かつ液の管理も容易である。
【００２３】
以下、本発明の実施の形態における平面コイルの製造方法について、添付図面に従って説明する。
【００２４】
（実施の形態１）
図１（Ａ）〜（Ｆ）は、本発明の実施の形態１の平面コイル製造プロセスを説明するための概略図である。
【００２５】
まず、図１（Ａ）に示すように両面に３５μｍの下地導体層を形成した厚さ２０μｍの絶縁基板１を用意した。下地導体層２と絶縁基板１の構成材料は、各々、Ｃｕとポリイミドフィルムである。次に、図１（Ｂ）に示すように両面の下地導体層２および絶縁基板１を貫通するように、直径１０μｍのスルーホール３を設けた。次に、図１（Ｃ）に示すように両面の下地導体層の表面にレジスト５でパターンニングした。パターンニングには、１０μｍのドライフィルムを用い、レジスト幅６０μｍ、レジスト間スペース２０μｍの螺旋状のパターンを形成した。この際、パターンニングしたレジスト５がスルーホール３を被覆するようにしている。
【００２６】
次に図１（Ｄ）に示すようにレジスト５で被覆していない部分の下地導体層３を、塩化第２鉄水溶液を用いてエッチング除去した。この際、通常のエッチング時間よりも長くしてオーバーエッチングさせることにより、残った下地導体層２の断面形状を矩形にすることができる。次に、図１（Ｅ）に示すようにレジスト５を剥離させた。
【００２７】
その後、図１（Ｆ）に示すように硫酸銅濃度８０ｇ／ｌの硫酸銅めっき液を用いて、電流密度６Ａ／ｄｍ^２で印加時間３０ｍＳの正電流と、電流密度１８Ａ／ｄｍ^２で印加時間２ｍＳの負電流を交互に印加して、１０μｍの表面導体層６を形成し、コイル導体線条８を作製した。
【００２８】
（実施の形態２）
図２（Ａ）〜（Ｆ）は、本発明の実施の形態２の平面コイルの製造プロセスを説明するための概略図である。図２（Ａ）〜（Ｅ）までは上述の実施の形態１と全く同じプロセスであり、異なる点は図２（Ｆ）に示すプロセスのみである。
【００２９】
本発明の実施の形態１では、電流密度６Ａ／ｄｍ^２で印加時間３０ｍＳの正電流と、電流密度１８Ａ／ｄｍ^２で印加時間２ｍＳの負電流を交互に印加して、１０μｍの表面導体層を形成したが、本発明の実施の形態２では、電流密度６Ａ／ｄｍ^２で印加時間３０ｍＳの正電流と、電流密度１８Ａ／ｄｍ^２で印加時間２ｍＳの負電流を交互に印加して、８μｍの表面導体層６を形成した後、図２（Ｆ）に示すように電流密度２Ａ／ｄｍ^２の正電流を印加して２μｍの平滑導体層７を形成した。その他の条件は、実施の形態１と同様にしてコイルを形成した。
【００３０】
（比較例）
図３（Ａ）〜（Ｆ）は、比較技術の平面コイルの製造プロセスを説明するための概略図である。図３（Ａ）〜（Ｅ）に示すプロセスは本発明の実施の形態１のプロセスと同じであり、図３（Ｆ）のプロセスのみが本発明と異なる。
【００３１】
本発明の実施の形態１では、電流密度６Ａ／ｄｍ^２で印加時間３０ｍＳの正電流と、電流密度１８Ａ／ｄｍ^２で印加時間２ｍＳの負電流を交互に印加して、１０μｍの表面導体層を形成したが、比較例では、電流密度６Ａ／ｄｍ^２の正電流だけを印加し１０μｍの表面導体層６を形成した。その他の条件は、実施の形態１と同様にしてコイルを形成した。
【００３２】
以上のようにして作製した本実施の形態１，２および比較例の平面コイルの導体線条断面を図４（Ａ）、（Ｂ）に示す。図４（Ａ）に示したように、正電流と負電流を交互に印加して表面導体層６を形成した方が、図４（Ｂ）に示すように直流電流だけで表面導体層６を形成したものに比べて完全な矩形に近い形状をしている。比較例のものはコーナー部に表面導体層６が厚くめっき形成され矩形とは言いがたい形状となっている。以上のように、本発明の方法によれば、コイル断面がほぼ矩形に近い形状となるため、占積率の高いコイルを得ることができる。
【００３３】
なお、本発明の実施の形態１，２では、基板として両面に下地導体層として３５μｍのＣｕを形成した厚さ２０μｍのポリイミドフィルムを用い、スルーホール〜電気めっき工程を経て平面コイルを形成していったが、基板としては下地導体層を片面だけに形成しているものでも良く、また、下地導体層としてはＣｕに限定されるものではなく、導電性がありかつその後のエッチング工程によって断面形状を矩形にできる材料であれば問題はない。また、基板材料としてはポリイミドフィルムに限定されるものではなく、絶縁性を有しかつ電気めっき液に浸されないものであれば特に制限はない。また、レジストにはドライフィルムを用いたが、エッチング液に対する耐性があれば液状レジストでも可能で、パターンニングの方法についても特に限定するものではない。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の実施の形態からもわかるように本発明の平面コイルの製造方法は、下地導体層上に表面導体層を形成するにあたり、正電流の印加によってめっき導体を形成するステップと正電流よりも大きい電流密度の逆電流を印加して前記正電流の印加で形成しためっき導体の一部を局部エッチングするステップとを同一めっき液中で繰り返し、下地導体層と表面導体層からなる断面形状が矩形のコイル導体線条を形成するため、核となる下地導体層の矩形を維持したまま表面導体層を形成でき、その結果、高占積率のコイル導体線条を有した平面コイルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）〜（Ｆ）本発明の実施の形態１の平面コイルの製造プロセスを示す概略図
【図２】（Ａ）〜（Ｆ）本発明の実施の形態２の平面コイルの製造プロセスを示す概略図
【図３】（Ａ）〜（Ｆ）比較例の平面コイルの製造プロセスを示す概略図
【図４】（Ａ）本発明の実施の形態１により形成した平面コイルの断面図
（Ｂ）比較例の平面コイルの断面図
【符号の説明】
１絶縁基板
２下地導体層
３スルーホール
４めっき層
５レジスト
６表面導体層
７平滑導体層
８コイル導体線条

Claims

絶縁基板の少なくとも一方の面に予め形成した下地導体層の表面にコイルとなる部分を被覆するようにレジストを形成する工程と、レジストを形成した以外の部分の下地導体層をエッチングにより除去する工程と、前記レジストを除去し前記エッチングによって断面形状がほぼ矩形となった下地導体層を露出させる工程と、前記下地導体層上に表面導体層を形成するにあたり正電流の印加によってめっき導体を形成するステップと正電流よりも大きい電流密度の逆電流を印加して前記正電流の印加で形成しためっき導体の一部を局部エッチングするステップとを同一めっき液中で繰り返し、前記下地導体層と前記表面導体層からなる断面形状が矩形のコイル導体線条を形成する工程を有する平面コイルの製造方法。
下地導体層の厚さを２０μｍ〜２００μｍとする請求項１に記載の平面コイルの製造方法。
表面導体層のめっき導体の形成のために流す正電流の電流密度を３〜６Ａ／ｄｍ^２とする請求項１に記載の平面コイルの製造方法。
局部エッチングのために流す負電流の電流密度を表面導体層のめっき導体の形成のために流す正電流の電流密度の２〜３倍とする請求項１に記載の平面コイルの製造方法。
正電流の印加時間と逆電流の印加時間の比を１０：１〜１５：１の範囲とする請求項４に記載の平面コイルの製造方法。
めっき導体の形成と局部エッチングを繰り返す際の１サイクルの所要時間を０．１秒以下とする請求項１に記載の平面コイルの製造方法。
コイル導体線条の表面上に直流電流による電気めっきで平滑導体層を形成する工程を付加した請求項１に記載の平面コイルの製造方法。
平滑導体層を形成するための直流電流の電流密度を３Ａ／ｄｍ^２以下とする請求項７に記載の平面コイルの製造方法。
平滑導体層の厚さを表面導体層の厚さよりも薄くする請求項７に記載の平面コイルの製造方法。
表面導体層および／または平滑導体層に用いるめっき液を硫酸銅濃度６０ｇ／ｌ〜１２０ｇ／ｌの硫酸銅めっき液とする請求項１または７に記載の平面コイルの製造方法。