JP2009182188A - チップコイルおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、耐湿性を向上させた高占積率を有するチップコイルおよびその製造方法を提供することを目的とするものである。
【解決手段】この目的を達成するために、吸水率が０．８％以下である樹脂硬化物からなる素体と、前記素体内に形成されたビア接続を有するコイルパターンと、前記素体の表面に配置した電極を有する構成とすることによって、コイルパターンの高占積率性を確保しつつ、耐湿性に優れたチップコイルを提供することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、携帯電話などの小型の電子機器に用いられるインダクタンス部品に関するものである。

電子機器の高機能化、小型化を実現するためには電子部品の役割は重要であり、この電子部品の一つにインダクタンス部品がある。このインダクタンス部品の小型化を実現するために、素体を感光性樹脂のみで構成し、フォトリソ工程を用いてファインパターンを形成し、導体を電解めっき法で形成し、導体が銅から構成されたチップコイルが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−２０３８１３号公報

しかしながら、前記従来の構成においては、渦巻きコイルが巻回されている平面において、高占積率性を有するコイルパターンを形成するために、素体を形成する感光性樹脂には解像度、即ちフォトリソプロセスにおける微細なエッチングによる高精度で、高アスペクト比を実現できるファインパターン形成性能の優れた樹脂材料を用いて構成しており、このような構成とすることによって、耐湿信頼性試験において、感光性樹脂の吸湿膨張等により、Ｌ値、Ｑ値などの電気特性が変動するという課題を有している。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、耐湿信頼性に優れた高占積率のコイルパターンを有するチップコイル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、感光性樹脂の硬化物からなる素体と、前記素体の内部に形成したビア電極を有する銅からなるコイルパターンと、前記素体の表面に配置した電極からなるチップコイルであって、感光性樹脂の硬化物の吸水率を０．８％以下とし、前記コイルパターンの感光性樹脂よりなる外装部の厚みを２０μｍ以上とした構成とするものである。

本発明のチップコイルおよびその製造方法は、吸水率が０．８％以下である感光性樹脂の硬化物からなる素体と、前記素体の内部に形成されたビア接続を有する複数のコイルパターンと、前記素体の表面に配置した電極を有する構成とすることによって、コイルパターンの高占積率性を確保しつつ、信頼性に優れたチップコイルを実現することができる。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１におけるチップコイル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におけるチップコイルの断面図である。

図１において、感光性を有した絶縁樹脂からなる素体１はコイルパターン２を形成するために積層構造として形成している。そして、このコイルパターン２は、所定の層に形成した渦巻き状の平面コイル２ａと別の層に形成した渦巻き状の平面コイル２ｂとをビア電極３を介して接続している。そして、前記平面コイル２ａと平面コイル２ｂに引き出し電極４を介して端子電極５を接続することによって、チップ形状を有したチップコイルを構成している。

さらに具体的には、素体１の所定の層の内部に設けた平面コイル２ｂを一方の端子電極５から内周方向へ渦巻き状に巻回し、この平面コイル２ｂの最内周部と別の層に設けた平面コイル２ａの最内周部とをビア電極３により接続し、この平面コイル２ａを他方の端子電極５へ向かう外周方向へ渦巻き状に巻回してチップコイルを構成している。図１では、二層の平面コイル２ａ、２ｂを例として説明しているが、所望のインダクタンス値を実現するためには所定の積層数をあらかじめシミュレーションによって設計しておくことによって所定の層数となるように平面コイル２ａ、２ｂを組み合わせて作製することができる。

また、チップ部品のなかでも１００５サイズあるいは０６０３サイズなどの小型のチップコイルとするためには、一層あたりの渦巻きの巻き数を多くする必要がある。これに対して平面コイル２ａ、２ｂのパターン幅を小さくしていくと直流抵抗が大きくなり、チップコイルの電気特性を劣化させることとなる。これらを考慮すると、パターン幅を小さくし、パターン厚みを厚くしたアスペクト比の高い平面コイル２ａ、２ｂを形成することが重要である。これを実現するために、例えばパターン間距離を２０μｍ以下とし、アスペクト比が１．５以上とし、パターン幅を１０〜３０μｍとした平面コイル２ａ、２ｂを形成することが好ましい。また、一つのビア電極３の高さは５μｍ以上１００μｍ以下であることが高占積率のコイルパターンを実現する上で好ましい。特に、５μｍを下回ると絶縁性が低下し、１００μｍを越えると応力がビア電極３とコイルパターン２接合界面で大きくなり、断線などの不良を発生する確率が高くなる。

そして、この素体１に用いる絶縁樹脂としては感光性を有するエポキシ系樹脂、あるいはポリイミド系樹脂を用いることが好ましい。特に解像度の高いコイルパターン２を形成する場合にはアクリル変成エポキシ系樹脂が好ましい。

このような構成を有するチップコイルとして、チップサイズが０６０３サイズ、そのときのＬ値が１．８ｎＨのコイルパターン２を作製し、吸水率の異なる樹脂を有したチップコイルを試作した。吸水率は、８５℃８５％ＲＨ−１２０時間前後の重量変化より求めた。また、前記コイルパターン２を被覆している外装部である素体１の厚みを略２０μｍとなるように形成した。

以上のように作製したチップコイルの耐湿信頼性を評価した。試験内容としては、高温高湿負荷試験（温度；６０℃、湿度；９５％、負荷条件；定格電流である０．５Ａを連続印加、試験時間；１０００時間）、および高温高湿放置試験（温度；６０℃、湿度；９５％、無負荷、試験時間；１０００時間）を行った、その結果を（表１）に示す。その判定条件は、Ｌの変化率：±５％以内、Ｑの変化率：±２０％以内のものを実用性の観点から問題なしとして判断できる。

（表１）の結果より、吸水率は０．８％以下の範囲が好ましいことが分かった。このような構成のチップコイルとすることによって、平面コイル２ａ、２ｂのコイルパターンの高占積率性を確保すると同時に、このチップコイル全体における耐湿性の向上を図ることができる。これは、従来のセラミック素体のチップコイルと異なり、本発明は、素体１が感光性を有した樹脂硬化物であり、かつコイル部の周りがすべて前記樹脂硬化物による外装構造となるために、素体１を構成する樹脂硬化物の吸湿膨張により、コイル部に応力がかかり易く特性値が変化するためと考えられる。そのため、本検討で吸水率０．８％以下の感光性樹脂の硬化物を素体１として用いることで、銅などの導電性に優れた電極材料を用いてめっき工法などの生産性に優れたファインパターンからなるコイルパターン２を形成した構造体のチップコイルの耐湿性を向上させることができ、吸湿膨張によるコイルパターン２への応力集中を低減できるチップコイルを実現できることが分かった。

また、コイルパターン２を被覆している素体の厚みを２０μｍ以上とすることによって耐湿性を満足できるチップコイルとすることができる。そして、占積率を考慮しながら素体１の厚みを大きく設計することも可能であるが、コイルパターン２の積層数を多くする必要のないときには外装部の素体１の厚みを厚くすることによって信頼性をより高めることができる。

また、別の具体的な構成としては、素体１の内層部の主成分をエポキシ系樹脂としつつ、チップコイルの上面側と下面側に用いる素体１の絶縁材料として、エポキシ系樹脂の中に無機フィラーなどの異種材料を混入させる構成とすることによって、さらに耐湿性、機械的強度などに優れたチップコイルとすることができる。この上面側と下面側はコイルパターン２を形成していない層であり、高精度なフォトリソによるパターン形成が不要となることからこのような構成とすることができる。

また、これに用いる無機フィラーとしては、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂またはＭｇＯなどの金属酸化物が好ましい。

また、素体１を構成する感光性を有する絶縁樹脂の体積抵抗を１０ＧΩｃｍ以上の絶縁樹脂を用いることが好ましい。この体積抵抗が１０ＧΩｃｍ以上の感光性を有する絶縁樹脂を用いることによって、高周波においても特性劣化の少ないチップコイルとすることができる。

なお、平面コイル２ａ、２ｂの断面は方形状に限らず、円環形状等としてもかまわないが、方形状とすることでコイルの断面積を大きくとることができ、その結果として銅損を低減することができる。

なお、平面コイル２ａ、２ｂの厚みを１０μｍ以上とすることにより、大電流に対応することができることから、より望ましい。

次に、このチップコイルの製造方法について図面を用いて説明する。図２〜図１０は本実施の形態１におけるチップコイルの製造工程を説明するための断面図である。

このチップコイルの製造方法は、一枚のシリコンなどのウエハ基板などの上に互いに連結した状態で、一度に複数個形成し、最終的に複数のチップコイルを分離し個片化して製造する製造方法である。

まず、図２に示すように、例えば厚みが０．２〜１．０ｍｍのシリコンウエハからなる基板８の上に厚みが８０〜１００ｎｍのアルミニウム薄膜をめっき法、スパッタ法、蒸着法などによって犠牲層９として形成する。このとき、基板８としてはシリコン、ガラスまたは石英のいずれかを用いることが好ましい。これらの材料は平坦性、表面粗さおよび材料の入手性の観点から好ましい。特にシリコンウエハはこの目的に最適な材料である。

また、犠牲層９はエッチング性に優れた金属材料が好ましく、特にアルミニウムが好ましい。これは基板８との密着性と、エッチング性の観点から特に好ましい。

次に、犠牲層９の上に感光性のエポキシ樹脂などをスピンコータ等の塗布機を用いて絶縁樹脂層１０を形成した後、フォトリソグラフィ法によって枠状の空隙部１１を形成する。

次に、図３に示すようにめっき法などを用いて金属層１２を形成する。この金属層１２は所定の厚みよりも厚めに形成しておき、その後、図４に示すように絶縁樹脂層１０の少なくとも上面までＣＭＰ研磨などを用いて、所定の厚みに制御することによって平坦性と寸法精度に優れた薄い金属材料からなる枠状のポスト部１３を形成することができる。この金属層１２を所定の厚みよりも厚めに形成した後、研磨によって絶縁樹脂層１０の少なくとも上面まで研磨する工法を積層していくことによって、積層精度と寸法精度に優れたチップコイルの製造方法を実現することができる。

また、この金属層１２は電解めっき工法により形成しており、このような工法を用いることによって微細なコイルパターン２を有するチップコイルを一括して効率良く作製することができる。このように、コイルパターン２をめっき法によるめっき電極とすることによって、生産性に優れるとともに、導体の回路抵抗値を下げることができ、優れた高周波特性、特にＱ値を実現できるチップコイルとすることができる。

また、めっき法によって金属層１２を形成するとき、銅を用いて形成することが電気特性および生産性の観点から好ましい。

なお、コイルパターン２を形成する材料としては、導電性に優れた銀を用いることも可能である。

そして、コイルパターン２として銅を用いるとき、コイルパターン２の表面をチタン、あるいはクロムなどの耐食性に優れた金属にて被覆しておくことによって、より耐湿性に優れたチップコイルとすることができる。そのために、銅をめっき法によって形成する前に、チタンあるいはクロムなどをスパッタ法で空隙部１１の内壁面に形成しておき、銅をめっき法で形成した後、再度銅の表層を前記方法にてチタンあるいはクロムなどの金属を被覆することによってコイルパターン２の表面を被覆することができる。これによって、耐湿性に優れたコイルパターン２を作製することができる。

その後、図５に示すように所定のパターンを形成した絶縁樹脂層１０の上に、フォトリソグラフィ工法を用いて空隙部１１を有する絶縁樹脂層１０を形成した後、この空隙部１１の内部にめっき法とＣＭＰ研磨などを用いて銅などの導電性に優れた金属材料を所定の渦巻状の平面コイル２ａ、２ｂおよび枠状のポスト部１３の所定のパターンが精度良く重なるように形成しながら積層を繰り返すことによって、枠状のポスト部１３の内部に平面コイル２ａ、２ｂからなるコイルパターン２を形成した積層体を作製することができる。

このコイルパターン２は平面コイル２ａと平面コイル２ｂからなる二層の積層構造をしているが、このコイルパターン２はインダクタンス値によって決定するものであり、任意の積層数とすることによって所定のインダクタンス値を設計することができる。

また、空隙部１１は、枠状のポスト部１３を形成するための複数の枠状の空隙部１１ａと、この枠状の空隙部１１ａの内側に配置した渦巻状の空隙部１１ｂと、ビア電極１４を形成するための空隙部１１ｃとからなり、この枠状の空隙部１１ａは、製造工程の後半部でそれぞれのチップ状の部品へ個片化するための枠状のポスト部１３として機能させるように積層して形成している。

また、渦巻状の空隙部１１ｂに平面コイル２ａ、２ｂからなるコイルパターン２を形成し、スルホール用の空隙部１１ｃには金属からなるビア電極１４を形成し、かつ、コイルパターン２と枠状のポスト部１３との絶縁を図っている。

また、二層の平面コイル２ａ、２ｂを形成する場合、この二層の平面コイル２ａ、２ｂはビア電極１４により導通させている。

また、ポスト部１３の幅は１００μｍ以下（０を含まず）とすることが好ましい。

次に、チップコイルを形成するための積層工程を終了した素体１を分割するためのエッチング工程に入る。そのため、図６に示すようにエッチングプロセスから保護するためのレジストパターン１５をフォトリソグラフィ法にて形成する。

その後、図７に示すように枠状のポスト部１３をエッチング剤によって溶融して除去するとともに、エッチングによってできた空隙部１１ａから侵入させるように基板８の上に形成していた犠牲層９を除去することによって個片化することができる。

次に、図８に示すようにレジストパターン１５を除去した後、表出した電極１４と導通するように素体１の両端面の表面にニッケルめっき電極、Ｓｎめっき電極を積層して被覆することによって図９に示すような実装性に優れた端子電極５を形成する。この端子電極５は５面電極の構造をとることになるが、必要に応じて端子電極５の構成は変更することが可能である。

この製造方法によって作製したチップコイルの形状は、長さ；１．００ｍｍ×幅；０．５０ｍｍ×厚み；０．３０ｍｍ（１００５サイズ）で８．４ｎＨのインダクタンス値を有するチップコイルを作製できた。

以上説明してきたように、樹脂硬化物からなる素体１と、前記素体１の内部に形成されたビア接続を有するコイルパターン２と、前記素体１の表面に配置した端子電極４からなり、前記樹脂硬化物の吸水率が０．８％以下であるチップコイルで、少なくとも感光性を有した絶縁樹脂で形成した素体１とコイルパターン２をフォトリソ法によって複数回積層し、コイルパターン２を絶縁樹脂である素体１の内層部に形成する工程と、コイルパターンをめっき銅で形成する工程とエッチングによって個片に分割する工程を少なくとも含むことによって、効率よく小型の耐湿性およびコイルパターンの高占積率性に優れたチップコイルの製造方法を提供することができる。

本発明のチップコイルおよびその製造方法は、高い耐湿性を有していることから、携帯電話等の各種電気機器において有用である。

本発明の実施の形態１におけるチップコイルの断面図 同チップコイルの製造工程を示す断面図 同断面図 同断面図 同断面図 同断面図 同断面図 同断面図 同断面図

符号の説明

１ 素体
２ コイルパターン
２ａ、２ｂ 平面コイル
３ ビア電極
４ 引き出し電極
５ 端子電極
８ 基板
９ 犠牲層
１０ 絶縁樹脂層
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ 空隙部
１２ 金属層
１３ ポスト部
１４ ビア電極
１５ レジストパターン

Claims (6)

1. 感光性樹脂の硬化物からなる素体と、前記素体の内部に形成したビア電極を有する銅からなるコイルパターンと、前記素体の表面に配置した電極からなるチップコイルであって、感光性樹脂の硬化物の吸水率を０．８％以下とし、前記コイルパターンを被覆している素体の厚みを２０μｍ以上としたチップコイル。
2. 素体の外装部に無機フィラーを含む感光性樹脂の硬化物を用いた請求項１に記載のチップコイル。
3. コイルパターンおよびビア電極をめっき膜とした請求項１に記載のチップコイル。
4. コイルパターン、ビア電極の表層をチタンまたはクロムにて被覆した請求項１に記載のチップコイル。
5. ビア電極の高さを５〜１００μｍとした請求項１に記載のチップコイル。
6. 感光性樹脂の硬化物からなる素体と、前記素体の内部に形成したビア電極を有する銅からなるコイルパターンと、前記素体の表面に配置した電極からなるチップコイルであって、感光性樹脂の硬化物の吸水率を０．８％以下とし、前記コイルパターンの感光性樹脂よりなる外装部の厚みを２０μｍ以上としたチップコイルの製造方法であって、
   感光性を有した絶縁樹脂をフォトリソ法によって形成する工程と、
   絶縁樹脂の内層部にコイルパターンをめっき法によって形成する工程と、
   前記工程を積層することによってコイルパターンをビア電極によって接続しながらフォトリソ法とめっき法を用いて積層形成する工程と、
   個片に分割する工程を少なくとも含むチップコイルの製造方法。

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