JP2009094438A - コイル部品およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コイルパターンを形成する電極の一面に接合性と耐食性を有した金属層を形成することによって、コイル部品としての信頼性を向上させ、小型で高性能なコイル部品およびその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】感光性樹脂からなる絶縁性樹脂と、この絶縁性樹脂に内蔵したコイル部とからなるコイル部品であって、前記コイル部を形成する金属からなるコイルパターン１０２の一面を金、銀、パラジウム、白金、錫またはニッケルからなる金属層１１０で被覆した構成とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、携帯電話などの電子機器に広く使われるコイル部品およびその製造方法に関するものである。

従来の小型化を目的としたコイル部品は、セラミックグリーンシート工法あるいはセミアディティブ法で代表される製造方法で積層コイルを形成することによって作製されていた。

図１０は従来工法であるセミアディティブ法によって作製されるコイル部品の構造を示す斜視図である。図１０において、２０２は基板であり、その表面には配線２０４が形成され、この配線２０４はモールド樹脂２０６で覆われており、前記配線２０４の一部は外部電極２０８に接続されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−２７０３５５号公報

しかしながら、前記従来のコイル部品は電極とモールド樹脂との接合強度あるいは長期における信頼性が課題となっていた。

すなわち、前記従来の構成においては、半田実装時等における加熱により、配線２０４とモールド樹脂２０６との熱収縮率の違いから局所的に応力が加わり、その結果として信頼性が低下していた。また、長期の経時変化によっても配線２０４とモールド樹脂２０６との間に隙間が発生し、電気特性の劣化あるいは強度劣化などの品質課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、コイル部品としての信頼性を向上させ、小型で高性能なコイル部品およびその製造方法を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明は、感光性樹脂からなる絶縁性樹脂と、この絶縁性樹脂に内蔵したコイル部とからなるコイル部品であって、前記コイル部を形成する金属からなるコイルパターンの一面を金、銀、パラジウム、白金、錫またはニッケルからなる金属層で被覆した構成とするものである。

本発明のコイル部品およびその製造方法は、コイルパターンを形成する電極パターンの一面を金、銀、パラジウム、白金、錫またはニッケルからなる金属層で形成することによって、絶縁性樹脂との接合性を高めるとともに、電極材料の表面酸化を低減することができることによって、長期の信頼性に優れたコイル部品およびその製造方法を提供することができる。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１におけるコイル部品およびその製造方法について、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の実施の形態１におけるコイル部品のコイル部を透視した斜視図であり、図２はコイル部品の構造を説明するための断面図である。図１および図２において、１００はチップ部品であるコイル部品の外観形状を示す点線であり、このチップコイルは感光性樹脂を硬化した絶縁性樹脂の内部にコイルパターン１０２が螺旋形状になるように、めっき技術とフォトリソ技術を用いて積層しながら形成したコイル部品の構造を示している。

そして、ビア電極１０４は複数のコイルパターン１０２の層間接続部分に相当しており、複数層で形成されたコイルパターン１０２は、所定位置に形成されたビア電極１０４によって螺旋状もしくはコイル状に接続されている。

なお、コイルパターン１０２としては渦巻き形状、ミアンダ形状などを用いることが可能であり、コイルパターン１０４の形状はどのようなパターンでも用いることができる。そして、１０６は外部電極であり端子電極として実装され、前記螺旋状に形成されたコイルパターン１０２はその一部が複数の外部電極１０６に各々接続されている。そして、図２に示すようにコイルパターン１０２の下層には下地電極層１０１を形成している。この下地電極層１０１はコイルパターン１０２を電気めっきによって形成するときの給電電極となるものであり、銅、ニッケル、クロム、金、銀、パラジウムなどの金属を用いることが可能である。

特に、下地電極層１０１として、ニッケル、チタンあるいはクロムを主成分とする金属材料を用いたとき、これらの金属材料は樹脂との接合性が高く、且つ耐食性にも優れていることから、コイル部品の信頼性を高めるという利点を有している。また、この下地電極層１０１は無電解めっき法、あるいはスパッタ法などによって形成することが可能である。そして、このときの下地電極層１０１の厚みとしては、０．０１〜１μｍの範囲が好ましい。０．０１μｍを下回れば給電ポイントして不安定となり、１μｍを超えると生産性が低下する。

そして、この下地電極層１０１の上に導電性に優れた銅などを用いてコイルパターン１０２を電気めっき法によって形成することが可能となる。

また、１１０は金属層であり、この金属層１１０はコイルパターン１０２の一面に形成された状態でレジスト層１０８の中に埋め込まれている。この金属層１１０を形成することで、コイルパターン１０２の表面酸化を防いだり、レジスト層１０８とコイルパターン１０２の密着強度を高めたり、露光時での作業性（露光時に位置合わせも含む）を高めるという優れた作用効果が得られる。

従って、実際の電気特性に寄与する電極パターンとしては、下地電極層１０１、コイルパターン１０２および金属層１１０の積層体から構成しており、これらの積層体パターンがコイルの導電体として作用している。

次に、１０８は硬化済のレジスト層を示しており、このレジスト層１０８はコイルパターン１０２を形成するときのマスク材料となり、最終的には積層されてコイル部品の外観形状を構築している。従って、このレジスト層１０８に用いる材料としては、感光性材料であるとともに、優れた絶縁性と耐久性を有していることが好ましい。このような用途に適した有機材料としては、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂あるいはこれらの変性樹脂などが好ましい。

以上説明してきたような構成のコイル部品とすることによって、導電性に優れた銅などのコイルパターン１０２の表面酸化の防止と、電極材料と樹脂材料間の密着性の向上を実現できることから、優れた電気特性と長期の信頼性に優れたコイル部品を実現できるとともに、一括して製造することができるコイル部品の製造方法を提供することができる。

さらに、絶縁性樹脂に透過性を有しているときには、コイル部品の表裏の判別を容易にすることも可能である。

次に、本実施の形態１におけるコイル部品の製造方法について、図面を用いて詳細に説明する。

図３〜図９は本実施の形態１におけるコイル部品の製造方法を説明するための工程の断面図である。

図３に示すように、まず始めに基材１１２を準備し、その上には硬化済の感光性樹脂よりなるレジスト層１０８を所定のパターン形状に形成している。この基材１１２としては、シリコン基板や金属基板あるいはガラス基板等の一時的な土台となる材料であれば良い。そして、１０１は下地電極層であり、基材１１２あるいはレジスト層１０８の表面を覆うように全面に形成している。

そして、この下地電極層１０１の形成方法としては、無電解めっき法、またはスパッタ法などの薄膜形成方法を用いることができる。

このようにして、基材１１２やレジスト層１０８の表面に、密着性に優れる下地電極層１０１を形成する。また、下地電極層１０１に適した材料としては、ニッケル、チタン、クロム、銅、金、銀またはパラジウムなどの金属を使うことが可能であり、この下地電極層１０１の導電性を利用して、次の工程で電気めっきの給電電極として用いることができる。

また、下地電極層１０１に銀、銅、ニッケル等の比較的抵抗値の低い金属を選択したとき、形成したコイルパターン１０２の導体の一部として利用することが可能であり、高周波領域での表皮効果による低抵抗化が実現できる。そして、特に下地電極層１０１に銀、銅を用いたときには導電性が特に優れていることからビア電極１０４を形成するときに下地電極層１０１を介して接続したとしても導電性に悪影響を及ぼさないという利点を有している。

また、下地電極層１０１にニッケル、チタンまたはクロム等の耐マイグレーション性の高い部材を用いた場合、コイルパターン１０２の下面側を被覆しておくことによって、金属マイグレーションの防止効果が得られる。

また、下地電極層１０１の厚みは０．０１〜１μｍが望ましい。厚みが０．０１μｍ未満の場合、下地電極層１０１の抵抗値が増加するため、電気めっきの給電電極材としては使いにくい場合がある。また、厚みが１μｍを超える場合は、下地電極層１０１の生産性が低下するとともに、その内部応力によって下地電極層１０１が基材１１２あるいはレジスト層１０８の表面から剥離する場合がある。

次に、図４に示すように下地電極層１０１の上に電気めっき法によって銅などの電極層１１６をめっき形成した。ここでは下地電極層１０１の導電性を利用することで、電気めっき等の技術を用いて安価にかつ高速で導電性に優れた電極層１１６を形成することができる。また、電極層１１６の電極材料としては、導電性に優れた銀を用いることも可能である。

なお、下地電極層１０１を形成せずとも無電解めっき法あるいはスパッタ法などを用いて電極層１１６を形成することも可能である。

その後、図５に示すようにレジスト層１０８の高さより突き出た上層部の余分な電極層１１６および下地電極層１０１を切削や研削等の機械研磨法あるいはＣＭＰ研磨法（化学的研磨）等で高精度に除去することによって、電極層１１６をパターン化してコイルパターン１０２とし、レジスト層１０８の内部に埋め込まれる。例えば、図5に示したレジスト層１０８の高さは図４のレジスト層１０８の高さよりも薄く研磨することもありうる。これによって、寸法精度を高くすることができる。

このとき、研磨された銅などの卑金属材料の表面は研磨中に発生する熱、あるいは大気中にて放置されることによって表面酸化膜が形成されることがある。この表面酸化膜は、レジスト層１０８を構成する絶縁性樹脂とコイルパターン１０２との密着性の低下をもたらす原因となるとともに、酸化膜の厚みが増大するとコイルパターン１０２の導電性を低下させることになる。

次に、図６に示すようにコイルパターン１０２の上に金属層１１０を形成する。この金属層１１０としては、後述するようなコイルパターン１０２を構成する金属材料と選択的に化学反応する部材を用いることができる。この方法としてはめっき法があり、特に置換めっき法または無電解めっき法であればパターニングが不必要となり生産性を向上させることができる。このうち、置換めっき法は置換反応によって、また無電解めっき法は化学反応によって物体の表面に金属の被膜を形成する方法である。

これ以外にもパターニングを必要とするが薄膜法を用いて形成することも可能である。

そして、一般的に生産性と導電率の観点からコイルパターン１０２に用いる金属材料としては銅を用いることが最適であり、コイル部品の性能を高めることができる。コイルパターン１０２に銅を用いたとき、金属層を構成する金属としては、金、銀、パラジウム、白金、錫またはニッケルのうちのいずれか一つの金属を主成分として構成することが好ましい。そして、金属層１１０を形成する方法としては、置換めっき法または無電解めっき法などのめっき法を用いることが最適である。置換めっき法の場合、例えば、金、銀あるいは白金がイオンあるいは錯体として存在する各種置換めっき浴中にコイルパターン１０２を形成した基材１１２を浸漬させると、コイルパターン１０２の表出面が例えば銅よりなるコイルパターン１０２の材質より卑な標準電極電位を有した材質に置換されることで金属層１１０を形成することができる。

また、無電解めっき法の場合、前処理としてコイルパターン１０２の表出面へ選択的に触媒付与することで、例えば、金、銀、パラジウム、白金、錫またはニッケルなどの金属を析出させることによって金属層１１０を形成することができる。

これらによって、コイルパターン１０２の表面酸化膜は除去され、金属層１１０が新たに形成されることで、銅の表面酸化を防止することが可能となり、導電性と密着性に優れたコイル部品を実現することができるとともに、長期の信頼性に優れたコイル部品の製造方法を提供することが可能となる。

ここで、金属層１１０が１μｍを超えたとき、コイル部に占める金属層１１０の割合が増加し、コイル部品の電気的性能を低下させたり、生産性を低下させることがある。また、０．０１μｍ未満であればピンホールなどが多く存在し、接合性は向上するが、耐食性の向上は小さくなる。従って、金属層１１０の厚みは０．０１〜１μｍにすることが望ましい。

なお、金属層１１０に金、銀、パラジウム、白金、錫またはニッケルのうちいずれか一つを用い、その金属材料の表面粗さを大きくすると、金属層１１０の上層に形成するレジスト層１０８との密着性をより高めることができる。そして、その粗面化の状態としては、０．０１〜１μｍ以下の細かい襞状が望ましい。細かい突起を密集させることで、レジスト層１０８との密着力がより高められる。

このように、コイルパターン１０２の表面を下地電極層１０１と金属層１１０と被覆することで、レジスト層１０８との密着性を高めるとともに、機械的強度、あるいは電気特性などの長期の信頼性等も向上させることができる。

また、金属層１１０は全層のコイルパターン１０２に形成しても良く、または必要なコイルパターン１０２にだけ形成しても良い。また、光の透過性を有するレジスト層１０８を用いたとき、金属層１１０を最上層となるコイルパターン１０２の表面にも形成することで、製品の上下（もしくは表裏）を区別しやすくなるという利点を有する。

次に、図７に示すように新たなレジスト層１０８を形成し、フォトリソ技術とエッチング技術を用いることによって開口部１２８を形成する。

このとき、レジスト層１０８とともに開口部１２８に表出している金属層１１０を除去している。この金属層１１０を除去する方法としては、例えば真空中において、アルゴンガス等で金属層１１０の表面を逆スパッタすることによって効率よく除去することができ、こうすることでコイルパターン１０２を形成する銅などの金属材料が露出してくる。このように、ビア電極１０４とコイルパターン１０２との接続部分である界面には金属層１１０を形成しない構成とすることによって、ビア電極１０４の接続導電性への悪影響を抑制できることから、多層化したコイルであっても、その電気特性への影響を及ぼしにくいという利点を有している。この金属層１１０の一部の除去は導電性の観点から適宜選択することが可能である。

また、図７に示したように加工後の開口部１２８以外のコイルパターン１０２の表面には金属層１１０を形成していることで、その上に形成しているレジスト層１０８との密着強度を高めるとともに、コイルパターン１０２の表面酸化や変質防止の効果を発揮させることができる。

また、例えば開口部１２８の内部に感光性レジスト材料が残留していると、後の工程で接続不良を起こすことがある。このときの開口部１２８の大きさが数十μｍ程度と小さくなれば、顕微鏡等を用いても開口部１２８の底に残るレジスト残渣の有無の判断が難しい。これに対して、開口部１２８を形成した状態で、所定の時間、エッチング液に試料を浸漬することで、開口部１２８に露出した金属層１１０だけを除去することができる。こうした場合、透明な感光性レジストを介して、金属層１１０の色（例えば灰色や褐色等）に着色されたコイルパターン１０２を観察することが可能となり、開口部１２８の部分だけが、コイルパターン１０２の露出が観察される（例えば銅を使用した場合、明るい橙色の銅色が見える）ため、開口部１２８に残ったレジスト残渣の有無を確認することができる。

これに対して、開口部１２８の色が金属層１１０のままの色を提示している場合、開口部１２８の内部にレジスト残渣が残っていることが判る。これによって、レジストの現像工程、あるいは除去工程を高精度に管理することが可能となる。

また、プラズマアッシャー（例えば酸素やＣＦ_４等）処理等を行うことでもレジスト残渣を除去することが可能である。

このように、開口部１２８における金属層１１０の有無によってレジスト残渣の有無を確認するマーカー（判断基準）として用いることも可能である。

次に、図８に示したように図３の工程を繰り返すことによって下地電極層１０１をレジスト層１０８の表面に形成することができる。

以上のように、下地電極層１０１を開口部１２８の内壁面にも形成することによって、開口部１２８を形成するレジスト層１０８とビア電極１０４の密着力を向上させることができる。そして、前記下地電極層１０１の形成方法としては、スパッタ等の薄膜法を選ぶことで、レジスト層１０８と下地電極層１０１との密着強度を高められることは言うまでもない。また、多層化してコイルパターン１０２を形成するとき、コイルパターン１０２の上には、強固にレジスト層１０８と接合された下地電極層１０１に保護された電極層１１６を形成することができる。そして、電極層１１６の上面には、金属層１１０を形成することによって、レジスト層１０８と強固に接合されることになる。

その後、図４〜図６の工程を繰り返すことによって、図９に示したようにレジスト層１０８に形成された開口部１２８にも電極層１１６（コイルパターン１０２に相当）を形成することによって、ビア電極１０４を形成するとともに、コイルパターン１０２および金属層１１０を形成することができる。

このとき、ビア電極１０４の構成を全て銅にて行うことによって導電性に優れたビア電極１０４を実現することができる。小さなビア経を必要とするときには有効な構成である。

これらの工程を所定の回数まで繰り返すことによって所望のインダクタンス値を有するコイル部品を作製することができる。一例として、図１に示したコイル部品では形状を０．６×０．３ｍｍ（０６０３サイズ）のチップコイルとし、コイル部を６．５ターンのコイルパターン１０２からなるチップコイルとしたとき、インダクタンス値；４〜５ｎＨ、Ｑ；２５前後からなる電気特性を有するチップコイルを作製することができた。

本発明によれば、コイルパターンを積層したコイル部品であっても、コイルパターンを形成する電極層と絶縁性樹脂との密着力に優れた信頼性の高い小型のコイル部品として各種電子機器に有用である。

本発明の実施の形態１におけるコイル部品の斜視図 同断面図 同コイル部品の製造方法を説明するための断面図 同断面図 同断面図 同断面図 同断面図 同断面図 同断面図 従来のコイル部品の構造を示す斜視図

符号の説明

１００ 点線
１０１ 下地電極層
１０２ コイルパターン
１０４ ビア電極
１０６ 外部電極
１０８ レジスト層
１１０ 金属層
１１６ 電極層
１１２ 基材
１２８ 開口部

Claims (10)

1. 感光性樹脂からなる絶縁性樹脂と、この絶縁性樹脂に内蔵したコイル部とからなるコイル部品であって、前記コイル部を形成する金属からなるコイルパターンの一面を金、銀、パラジウム、白金、錫またはニッケルからなる金属層で前記コイルパターンの一面を被覆したコイル部品。
2. コイルパターンを銅とした請求項１に記載のコイル部品。
3. 金属層の厚みを０．０１〜１μｍとした請求項１に記載のコイル部品。
4. コイルパターンの下面側に下地電極層を設けた請求項１に記載のコイル部品。
5. 下地電極層をニッケル、チタンまたはクロムを主成分とする下地電極層とした請求項４に記載のコイル部品。
6. 下地電極層の厚みを０．０１〜１μｍとした請求項５に記載のコイル部品。
7. コイルパターンを積層し、積層されたコイルパターンをビア電極にて接続した請求項１に記載のコイル部品。
8. コイルパターンとビア電極の接続を銅とした請求項７に記載のコイル部品。
9. 感光性樹脂の一面にコイルパターンを形成するための溝を形成する工程と、この形成した溝の底面に下地電極層を形成し、この下地電極層の上面に電極層を形成する工程と、この電極層の不要部分を除去することによってコイルパターンを形成し、前記コイルパターンの一面に金属層を形成する工程を含むコイル部品の製造方法。
10. 金属層を形成する方法として、めっき法を用いる請求項９に記載のコイル部品の製造方法。

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