JP2015141945A

JP2015141945A - コイル部品

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Publication number: JP2015141945A
Application number: JP2014012753A
Authority: JP
Inventors: 剛士荻野; Takeshi Ogino; 貴之関口; Takayuki Sekiguchi; 博和中澤; Hirokazu Nakazawa
Original assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Current assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date: 2014-01-27
Filing date: 2014-01-27
Publication date: 2015-08-03
Anticipated expiration: 2034-01-27
Also published as: JP6526382B2

Abstract

【課題】小型化、インダクタンス特性の向上、低Ｒｄｃ化、外部電極との接続安定性の向上の諸要求に対応し得る、コイル部品の提供。【解決手段】樹脂からなる絶縁体１０と、絶縁体１０内に設けられた帯状導体２１とビア状導体３０からなるコイル部と、コイル部の両端と電気的に接続されている柱状導体からなる引出し部と、引出し部が電気的に接続されている外部電極５１、５２を備え、樹脂層からなる第１層と、樹脂層と帯状導体とからなる第２層と、樹脂層とビア状導体とからなる第３層と、樹脂層と帯状導体とビア状導体とからなる第４層と、樹脂層と柱状導体とからなる第５層と、外部電極を有する、コイル部品。【選択図】図１

Description

本発明は、コイル部品、特に、電気機器等に内蔵される回路基板上に表面実装し得る電子部品としてのコイル部品に関する。

従来より、電子機器等にはコイル部品が搭載されており、特に携帯機器で使われるコイル部品はチップ形状を呈し、携帯機器などに内蔵される回路基板上に表面実装される。従来技術の例として、特許文献１では、硬化物からなる絶縁性樹脂の中に、少なくともその一端が外部電極に接続された螺旋状の導体が内蔵され、前記導体の螺旋の方向が実装した基板面と平行になるように形成したチップコイルが提案されている。特許文献１のチップコイルは電子機器の基板に実装した時に、コイルのＱ値（Quality factor)が低下しにくく、インダクタンスが変化しにくいとされている。

特開２００６−３２４４８９号公報

近時、電子機器は小型化・高性能化が要求され、それに伴って、コイル部品についても小型化が求められている。そのような要求をかんがみて、本発明は、小型化、インダクタンス特性の向上、低Ｒｄｃ化、外部電極との接続安定性の向上の諸要求に対応し得る、コイル部品の提供を課題とする。

本発明者らが鋭意検討した結果、内部電極の新たな形成方法を見出して、以下を特徴とする本発明を完成した。
（１）樹脂からなる絶縁体と、前記絶縁体内に設けられたコイル状の内部導体と、前記内部導体と電気的に接続されている外部電極と、を備えるコイル部品であって、樹脂層からなる第１層と、第１層の上に、樹脂層と少なくとも１つの帯状導体とからなる第２層と、第２層の上に、樹脂層と少なくとも２つのビア状導体とからなる第３層と、第３層の上に、樹脂層と少なくとも１つの帯状導体と少なくとも２つのビア状導体とからなる第４層と、第４層の上に、樹脂層と少なくとも２つの柱状導体とからなる第５層と、第５層の上に、外部電極とを有し、前記第１〜５層の樹脂層が一体となって絶縁体を構成し、前記第２〜５層の帯状導体及び柱状導体がコイル状の内部導体を構成し、第４層の柱状導体が前記外部電極に接続している、コイル部品。
（２）第４層の帯状導体の面積は第４層のビア状導体の面積より大きい（１）のコイル部品。
（３）前記第４層のビア状導体の面積は５０μｍ^２〜３２０μｍ^２である（１）コイル部品。
（４）前記第４層の帯状導体のうち最大の面積は第４のビア状導体のうち最小の面積の１倍より大きく１００倍以下である（３）のコイル部品。
（５）前記第４層のビア状導体の面積は２０μｍ^２〜８０μｍ^２である（１）のコイル部品。
（６）前記第４層の帯状導体のうち最大の面積は第４層のビア状導体のうち最小の面積の１倍より大きく５０倍以下である（５）のコイル部品。
（７）前記第２層及び第４層の帯状導体、第５層の柱状導体、第３層及び第４層のビア状導体、及び外部電極はフォトリソグラフィを用いて形成されたものである（１）〜（６）のコイル部品。
（８）外部電極は第５層の上にシード層を形成し、シード層の上にめっきにより形成される（１）または（７）のコイル部品。
（９）前記絶縁体は、長さＬ、幅Ｗ、高さＨの直方体状であり、前記Ｌ、Ｗ、ＨについてはＬ＞Ｈ≧Ｗなる関係が成立し、前記Ｌは０．２〜０．４ｍｍであり、前記Ｗは０．１〜０．２ｍｍであり、前記Ｈは０．１〜０．３５ｍｍである（４）、（６）または（７）のコイル部品。

本発明によれば、コイル部品の構造として、各層に形成する導体の配置に特徴があるため、周回効率の最大化（１ｔ周回）およびコイルの最大化（絶縁体の体積を最大活用）を通じてインダクタンス特性の向上が期待される。また、柱状導体引出しによりコイル周回に影響せず導体断面積を確保でき、低Ｒｄｃ化と外部電極との接続安定性が可能となる。好適態様によれば、部品が、いわゆる０４０２サイズ（０．４ｍｍ×０．２ｍｍ×０．２ｍｍ）や０２０１サイズ（０．２ｍｍ×０．１ｍｍ×０．１ｍｍ）といった小さなコイル部品であっても、柱状導体の断面積を確保でき、低Ｒｄｃ化が期待される。また、柱状のテーパを最小限にでき、部分的な断面積の変化や材料密度の変化はほとんどなく、安定した導体が得られる。

本発明のコイル部品の模式透視斜視図である。本発明のコイル部品における各層を模式的に表す。

図面を適宜参照しながら本発明を詳述する。但し、本発明は図示された態様に限定されるわけでなく、また、図面においては発明の特徴的な部分を強調して表現することがあるので、図面各部において縮尺の正確性は必ずしも担保されていない。

図１は本発明のコイル部品の模式透視斜視図である。本発明で製造されるコイル部品１は絶縁体１０とコイル状の内部導体（以下、「コイル部」とも呼ぶ。）２１、２２、３０、４０と外部電極５１、５２とを備える。コイル部２１、２２、３０、４０は絶縁体１０の内部に設けられる。外部電極５１は絶縁体１０の外側に設けられ、コイル部２１、２２、３０、４０と電気的に接続している。コイル部４０は第３層のビア状導体と第４層のビア状導体と引出し部でもある第５層の柱状導体により形成される。

絶縁体１０は樹脂からなり、この樹脂は熱、光、化学反応等により硬化したものが好ましく用いられ、具体例として、ポリイミド、エポキシ樹脂、液晶性ポリマーなどが非限定的に挙げられる。また、樹脂中に無機物を含んでもよい。無機物としてはシリカ粉末などを用いることで、絶縁体の強度を高くし、帯電を少なくできる。

絶縁体は長さＬ、幅Ｗ、高さＨの直方体状である。図１には方向性の説明のために、長さＬ、幅Ｗ、高さＨの方向を矢印で示している。ここで、Ｌ、Ｗ、ＨについてはＬ＞Ｈ≧Ｗの関係が成立する。すなわち、最も長い辺の長さを直方体の長さＬであると定義する。幅Ｗと高さＨが同一の長さである場合は、幅Ｗと高さＨの特定は任意であるが、本発明では、高さ方向に垂直な面に外部電極が形成されるものとして、幅Ｗと高さＨとを定義する。後述するように、本発明では、図１における紙面上側から順に高さ方向Ｈを紙面下方に向かって順々に層を形成することにより、コイル部品１が製造される。なお、前記「高さ方向に垂直な面」を、以後、ＬＷ面と表記することがあり、同様に、他の面についてもＬＨ面あるいはＨＷ面などと表記することがある。なお、図１におけるＬ、Ｗ、Ｈの方向を示す矢印については、使用時におけるコイル部品の配置を特定するものではなく、構造・製法の説明のために付したものである。

本発明のコイル部品は小型のものであってもよく、前記Ｌ、Ｗ、Ｈについて、Ｌは好ましくは０．２〜０．４ｍｍであり、Ｗは好ましくは０．１〜０．２ｍｍであり、Ｈは好ましくは０．１〜０．３５ｍｍである。なお、これらの数値はほぼコイル部品の寸法に相当するものである。

図２は本発明のコイル部品における各層を模式的に表す。図２（Ａ）〜（Ｅ）は後述する第１層〜第５層をそれぞれ表し、図２（Ｆ）は外部電極近傍を表す。図２の各図は図１におけるＷＬ面に平行である。図２における（Ａ）から（Ｆ）の順序は、図１における紙面上方から下方への順序に相当する。

本発明によれば、樹脂層により第１層が形成される。図２（Ａ）は第１層の平面図である。好適には、第１層形成前の準備工程として、シリコン、ガラス、サファイア等により形成される基板（図示せず）の上に剥離用樹脂を所定厚さにて塗布して硬化させる。剥離用樹脂は公知のものを特に限定せずに用いることができ、非限定的にシリコーン粘着剤などが例示される。剥離用樹脂の塗布手段は特に限定無く、スピンコータの利用などが例示される。第１層形成前に剥離用樹脂を形成させることによって、後の工程において絶縁体を基板から容易に剥がすことができる。

第１層としての樹脂層１１の形成にあたっては、絶縁体１０の一部になるべき樹脂が基板又は剥離用樹脂に塗布され、硬化処理が行われる。樹脂の前処理、塗布、硬化の処理については従来技術を適宜援用することができ、例えば、塗布にあたってはスピンコータによる厚み調整を行ってもよいし、硬化後に研磨剤又は研磨液の化学的作用により行われる化学機械研磨処理（ＣＭＰ処理）に供してもよい。

第１層の上に第２層を形成する。ここで、「上」という方向は、層構造を順々に形成していく方向を表す趣旨であり、図１に示された形態における紙面の「上下方向」とは逆である。図２（Ｂ）は第２層の平面図である。第２層は樹脂層１２と少なくとも１つの帯状導体２１とからなる。樹脂層１２は絶縁体１０の一部になるべき樹脂からなり、好適には、第１層における樹脂層１１と同じ材質からなる。帯状導体２１はコイル部の一部になるべき導体である。絶縁体１０が直方体状である場合、帯状導体２１の長手方向は前記直方体状における最長の辺と平行であることが好ましい。より好ましくは、帯状導体２１は矩形状であり、さらに好ましくは、前記矩形状における各角部は丸みを帯びている。帯状導体２１はめっきにより形成される。樹脂層１２と帯状導体２１の具体的な製法については特に限定無く、好適にはフォトリソグラフィが挙げられる。スパッタリングによりシード層を形成し、フォトリソグラフィにより帯状導体２１に相当するレジスト膜を形成、次いでシード層の表面にめっき処理を施して帯状導体２１を形成し、レジスト膜およびシード層を除去してから樹脂層１２の材料である樹脂で全面を覆った後に、研磨処理によって前述の帯状導体２１を露出させる方法が挙げられる。

シード層の材質としてはＴｉやＣｕ、Ｗ（タングステン）、Ｔａなどが非限定的に挙げられる。シード層の形成方法としてはスパッタリングなどが非限定的に挙げられる。レジスト膜の形成方法は特に限定無く、スピンコータによるレジスト材料の塗布、それに次ぐプリベーク、パターンマスクを用いた露光処理、ＴＭＡＨ等の有機現像液による現像、ならびに、デスカム処理などが非限定的に挙げられる。デスカム処理は、プラズマ照射などによりレジスト膜の残渣を除去する処理である。

めっき処理の方法は特に限定はなく従来技術を適宜援用することができ、めっき金属としてはＣｕ、Ａｇなどが挙げられる。レジスト膜およびシード層の除去方法は特に限定はなく、例えば、剥離液を用いてレジスト膜を除去し、酸やアルカリでシード層を除去することなどが挙げられる。樹脂の塗布後に帯状導体２１を露出させる方法としては、例えば、上述のＣＭＰ処理などが挙げられる。

第２層の上に第３層を形成する。図２（Ｃ）は第３層の平面図である。第３層は樹脂層と少なくとも２つのビア状導体とからなる、図２（Ｃ）の態様では、第３層は樹脂層１３とビア状導体３０、４１とからなる。樹脂層１３は絶縁体１０の一部になるべき樹脂により形成され、好適には、第１層における樹脂層１１と同じ材質からなる。ビア状導体３０、４１はコイル部の一部になるべき導体である。ビア状導体３０、４１はめっきにより形成される。樹脂層１３と帯状導体４１の具体的な製法については特に限定無く、例えば、上述した第２層における樹脂層１２と帯状導体２１との製法を援用することも可能であり、その場合の好適態様についても上述した第２層の製法の場合と同様である。

好適には、第３層におけるビア状導体３０、４１は全て第２層の帯状導体２１と直接に接続するように形成される。さらに、第３層における柱状導体のうちの２つ（符号４１）は、好ましくは、後述の第４層における帯状導体２２とは直接に接続せずに第４層のビア状導体４２と直接に接続する。好ましくは、第３層における上記２つのビア状導体４１以外のビア状導体３０は後述の第４層における帯状導体２２と直接に接続する。

第３層の上に第４層を形成する。図２（Ｄ）は第４層の平面図である。第４層は樹脂層１４と帯状導体２２とビア状導体４２とからなる。第４層には帯状導体が少なくとも１つ、ビア状導体が少なくとも２つ存在する。樹脂層１４は絶縁体１０の一部になるべき樹脂からなり、好適には、第１層における樹脂層１１と同じ材質からなる。帯状導体２２とビア状導体４２はコイル部の一部になるべき導体である。帯状導体２２およびビア状導体４２はめっきにより形成される。樹脂層１４と各導体２２、４２の具体的な製法については特に限定無く、例えば、上述した第２層における樹脂層１２と帯状導体２１との製法を援用することも可能であり、その場合の好適態様についても上述した第２層の製法の場合と同様である。

好適には、第４層にはビア状導体４２は２つのみ設けられ、両者はいずれも第３層のビア状導体４１と後述の第５層の柱状導体４３とを直接に接続するように形成される。第４層における帯状導体２２は、好ましくは、第２層の帯状導体２１とは高さ方向に投影して非平行に形成される。より好ましくは、第２層における隣り合う２つの帯状導体２１のそれぞれ一つずつの端部を高さ方向に投影した位置を結ぶように、第４層の帯状導体２２が形成される。これにより、周回部の１周回として、第２層の帯状導体２１の一端から第３層のビア状導体３０を介して第４層の帯状導体２２の一端に至り、さらに、当該帯状導体２２の他端を経て、第３層の前記とは別のビア状導体３０を介して第２の帯状導体２１（前述の導体の隣の導体）の一端へと到達する構造が得られる。

このように、第４層に帯状導体２２およびビア状導体４２の両方を配置することで、本発明の製法全体におけるめっき回数が結果的に少なくなる。

第４層のビア状導体４２と帯状導体２２のそれぞれの形状は任意である。それらのうち、最も大きな帯状導体の面積は、最も小さな導体の面積の１００倍以下であり好ましくは５０倍以下である。第４層に形成するビア導体４２のうち、最も小さな導体の面積は好ましくは５０μｍ^２以上であり、より好ましくは２０μｍ^２である。第４層に形成する導体２２、４２のうち、最も大きい導体は最も小さいビア導体４２の好ましくは１００倍以下、より好ましくは５０倍以下の面積である。これにより部品の小型化に対応でき、具体的には、いわゆる０４０２サイズ（０．４ｍｍ×０．２ｍｍ×０．２ｍｍ）や０２０１サイズ（０．２ｍｍ×０．１ｍｍ×０．１ｍｍ）といった小さなコイル部品であっても、柱状導体の断面積は確保でき、低Ｒｄｃ化が可能であり、柱状のテーパを最小限にでき、部分的な断面積の変化や材料密度の変化はほとんどなく、安定した導体が得られ、導体断面積を揃えることで、部分的なＲｄｃの変化を抑えることができ、Ｑ値の向上が期待される。なお、第４層に形成する各導体４２、２２のうち、最も小さな導体の面積の上限は好ましくは３２０μｍ^２であり、より好ましくは８０μｍ^２である。ここで、導体の面積とは、第４層のＷＬ断面に表れる導体部分の面積を意味する。

第４層の帯状導体２２は、好ましくは、めっき形成方向に垂直な断面の各角部が丸みを帯びるように形成される。めっき形成方向に垂直な断面は、図２（Ｄ）に描写される面である。好適には、各角部に設けられた丸みにおける曲率半径Ｒは帯状導体２２の幅Ｂの１０〜５０％である。帯状導体２２の幅Ｂは、めっき形成方向に垂直な断面における帯状導体２２の短手方向の長さである。このような丸みを帯びさせることにより、帯状導体２２が小さくてもめっき成長が安定する。

第４層の上に第５層を形成する。図２（Ｅ）は第５層の平面図である。第５層は樹脂層１５と柱状導体４３とからなる。樹脂層１５は絶縁体１０の一部になるべき樹脂からなり、好適には、第１層における樹脂層１１と同じ材質からなる。柱状導体４３は後述する外部電極に直結すべき導体（引出し部）に相当する。柱状導体４３はめっきにより形成される。樹脂層１５と柱導体４３の具体的な製法については特に限定無く、例えば、上述した第２層における樹脂層１２と帯状導体２１との製法を援用することも可能であり、その場合の好適態様についても上述した第２層の製法の場合と同様である。

好適には、第５層の柱状導体４３は２つのみ設けられ、それぞれ、第４層のビア状導体４２と直接に接続するように形成される。さらに好ましくは、第３層における柱状導体のうちの２つ（符号４１）、第４層のビア状導体４２および第５層の柱状導体４３が一体となって、第２層の帯状導体２１と後述する外部電極とを介する導体（図１における符号４０）を構成する。導体４０のうち、第５層の部分（すなわち、柱状導体４３）を引出し部ともよぶ。

第５層の上に外部電極を形成する。図２（Ｆ）は外部電極を含む層の平面図である。外部電極５１、５２の形成方法は特に限定はなく、好適にはフォトリソグラフィが挙げられる。フォトリソグラフィの具体的な実施については特に限定は無く、スパッタリングによりシード層を形成し、次いで外部電極５１、５２に相当する形状にてレジスト膜を形成し、シード層の表面にめっき処理を施して外部電極５１、５２を形成し、レジスト膜およびシード層を除去する方法が挙げられる。

シード層の材質としてはＴｉやＣｕ、Ｗ（タングステン）、Ｔａなどが非限定的に挙げられる。シード層の形成方法としてはスパッタリングなどが非限定的に挙げられる。レジスト膜の形成方法は特に限定無く、スピンコータによるレジスト材料の塗布、それに次ぐプリベーク、パターンマスクを用いた露光処理、ＴＭＡＨ等の有機現像液による現像、ならびに、上述したデスカム処理などが非限定的に挙げられ、プラズマ照射などによりレジスト膜の残渣を除去する処理である。

めっき処理の方法は特に限定はなく従来技術を適宜援用することができ、めっき金属としてはＣｕ、Ａｇなどが挙げられる。レジスト膜およびシード層の除去方法は特に限定はなく、例えば、剥離液を用いてレジスト膜を除去し、酸やアルカリでシード層を除去することなどが挙げられ、これにより安定性が得られる。

外部電極は同一面上に２つ形成されることが好ましく、外部電極５１、５２は、それぞれ、第５層に形成された柱状導体４３の一つずつと直接に接続する。

このようにしてコイル部品を製造することができる。各層で形成した樹脂層１１〜１５は一体となって絶縁体１０を構成する。この絶縁体１０の内部にコイル部が形成される。コイル部は、第２層の帯状導体２１、第３層のビア状導体３０及び第４層の帯状導体２２が一体となってコイルの周回構造を構成する。第３層の柱状導体４１および第４層のビア状導体４２が一体となって、コイル部の端部を形成する。その端部から第５層の柱状導体４３を経て、外部電極５１、５２へ電気的に接続される。このようにして、コイルの周回構造と外部電極５１、５２とを結ぶ導体４０が構成される。

本発明のコイル部品においては、導体や樹脂層などの形成手法そのものについては従来技術を適宜援用することができ、このため、当業者であれば、以上の記載及び請求項の記載にもとづいて、種々の形態のコイル部品を製造することができる。

１：コイル部品
１０：絶縁体
１１〜１５：樹脂層
２１、２２：帯状導体
３０、４１、４２：ビア状導体
４０：導体
４３：柱状導体
５１、５２：外部電極

Claims

樹脂からなる絶縁体と、前記絶縁体内に設けられたコイル状の内部導体と、前記内部導体と電気的に接続されている外部電極と、を備えるコイル部品であって、
樹脂層からなる第１層と、
第１層の上に、樹脂層と少なくとも１つの帯状導体とからなる第２層と、
第２層の上に、樹脂層と少なくとも２つのビア状導体とからなる第３層と、
第３層の上に、樹脂層と少なくとも１つの帯状導体と少なくとも２つのビア状導体とからなる第４層と、
第４層の上に、樹脂層と少なくとも２つの柱状導体とからなる第５層と、
第５層の上に、外部電極と、を有し、
前記第１〜５層の樹脂層が一体となって絶縁体を構成し、前記第２〜５層の帯状導体及び柱状導体がコイル状の内部導体を構成し、
第４層の柱状導体が前記外部電極に接続している、
コイル部品。
第４層の帯状導体の面積は第４層のビア状導体の面積より大きい請求項１記載のコイル部品。
前記第４層のビア状導体の面積は５０μｍ^２〜３２０μｍ^２である請求項１記載のコイル部品。
前記第４層の帯状導体のうち最大の面積は第４のビア状導体のうち最小の面積の１倍より大きく１００倍以下である請求項３記載のコイル部品。
前記第４層のビア状導体の面積は２０μｍ^２〜８０μｍ^２である請求項１記載のコイル部品。
前記第４層の帯状導体のうち最大の面積は第４層のビア状導体のうち最小の面積の１倍より大きく５０倍以下である請求項５記載のコイル部品。
前記第２層及び第４層の帯状導体、第５層の柱状導体、第３層及び第４層のビア状導体、及び外部電極はフォトリソグラフィを用いて形成されたものである請求項１〜６のいずれか１項記載のコイル部品。
外部電極は第５層の上にシード層を形成し、シード層の上にめっきにより形成される請求項１または７記載のコイル部品。
前記絶縁体は、長さＬ、幅Ｗ、高さＨの直方体状であり、前記Ｌ、Ｗ、ＨについてはＬ＞Ｈ≧Ｗなる関係が成立し、前記Ｌは０．２〜０．４ｍｍであり、前記Ｗは０．１〜０．２ｍｍであり、前記Ｈは０．１〜０．３５ｍｍである請求項４、６または７記載のコイル部品。