JP2023109292A - コイル部品及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コイル部が磁性素体で埋め込まれた構造を有するコイル部品において、磁性素体の角部における欠けの発生を防止する。
【解決手段】コイル部品１は、コイル部２と、コイル部２の内径領域、外側領域及び軸方向における一方側に配置された磁性体層Ｍ１１～Ｍ１３と、コイル部２の軸方向における他方側に配置された磁性体層Ｍ２０とを備える。磁性体層Ｍ１１～Ｍ１３，Ｍ２０は、いずれも磁性フィラーとバインダー樹脂を含む複合磁性材料からなり、磁性体層Ｍ１１～Ｍ１３における磁性フィラーの含有率は、磁性体層Ｍ２０における磁性フィラーの含有率よりも高い。これにより磁性体層Ｍ２０の機械的強度が高められることから、磁性体層Ｍ２０側における欠けの発生を防止することが可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明はコイル部品及びその製造方法に関し、特に、スパイラル状のコイルパターンを含むコイル部が磁性素体で埋め込まれた構造を有するコイル部品及びその製造方法に関する。

特許文献１の図１０には、スパイラル状のコイルパターンを含むコイル部が複合磁性材料からなる磁性素体で埋め込まれた構造を有するコイル部品が開示されている。特許文献１においては、磁性素体の表裏部分における磁性フィラーの平均粒径を他の部分における磁性フィラーの平均粒径よりも小さくすることによって、磁性フィラーの脱落による磁性素体のボリュームの減少を抑制している。

特開２０１９－０５４１４４号公報

しかしながら、磁性素体の表裏部分における磁性フィラーの平均粒径を小さくするだけでは、磁性フィラーの脱落防止効果が十分ではなく、また、製造時に生じる磁性素体の角部における欠けの発生を十分に防止することが困難であった。

したがって、本発明は、スパイラル状のコイルパターンを含むコイル部が磁性素体で埋め込まれた構造を有するコイル部品及びその製造方法において、磁性フィラーの脱落を抑制するとともに、磁性素体の角部における欠けの発生を防止することを目的とする。

本発明によるコイル部品は、スパイラル状のコイルパターンを含む複数の導体層と複数の絶縁層が交互に積層されたコイル部と、コイル部の内径領域、外側領域及び軸方向における一方側に配置された第１磁性体層と、コイル部の軸方向における他方側に配置された第２磁性体層とを備え、第１及び第２磁性体層は、いずれも磁性フィラーとバインダー樹脂を含む複合磁性材料からなり、第１磁性体層における磁性フィラーの含有率は、第２磁性体層における磁性フィラーの含有率よりも高いことを特徴とする。

本発明によれば、第２磁性体層の機械的強度が高められることから、第２磁性体層側における磁性フィラーの脱落や欠けの発生を防止することが可能となる。一方、第１磁性体層についてはより高い磁気特性が得られることから、コイル部のインダクタンスを高めることが可能となる。

本発明において、第１磁性体層に含まれる磁性フィラーの材料及び平均粒径は、第２磁性体層に含まれる磁性フィラーの材料及び平均粒径と同じであっても構わない。これによれば、材料コストを低減することが可能となる。

本発明において、第１磁性樹脂と第２磁性樹脂は接触しており、第１磁性体層に含まれるバインダー樹脂の材料は、第２磁性体層に含まれるバインダー樹脂の材料と同じであっても構わない。これによれば、第１磁性樹脂と第２磁性樹脂の密着性が高められる。

本発明によるコイル部品は、コイル部に接続されたバンプ電極をさらに備え、バンプ電極は、第１磁性体層に埋め込まれるとともに、軸方向と直交する第１磁性体層の表面から露出するものであっても構わない。このようなバンプ電極を用いると磁性素体のボリュームが減少するものの、第１磁性体層における磁性フィラーの含有率が高いことから、インダクタンスの低下を抑制することが可能となる。

本発明において、軸方向と直交する第２磁性体層の表面は、第１磁性体層の表面よりも表面粗さが小さくても構わない。これによれば、コイル部品を回路基板に実装する際、第２磁性体層の表面をピックアップしやすくなる。

本発明によるコイル部品の製造方法は、支持基板上にスパイラル状のコイルパターンを含む複数の導体層と複数の絶縁層を交互に積層することによってコイル部を形成する工程と、コイル部の内径領域、外側領域及び軸方向における一方側に第１磁性体層を形成する工程と、支持基板を除去した後、コイル部の軸方向における他方側に第２磁性体層を形成する工程と、軸方向における一方側から第１及び第２磁性体層をダイシングすることによって個片化する工程とを備え、第１及び第２磁性体層は、いずれも磁性フィラーとバインダー樹脂を含む複合磁性材料からなり、第１磁性体層における磁性フィラーの含有率は、第２磁性体層における磁性フィラーの含有率よりも高いことを特徴とする。

本発明によれば、ダイシングの際に切り終わり側にて生じやすい磁性素体の角部の欠けを防止することが可能となる。

このように、本発明によれば、スパイラル状のコイルパターンを含むコイル部が磁性素体で埋め込まれた構造を有するコイル部品及びその製造方法において、磁性フィラーの脱落を抑制するとともに、磁性素体の角部における欠けの発生を防止することが可能となる。

図１は、本発明の一実施形態によるコイル部品１の外観を説明するための略斜視図である。 図２は、コイル部品１の模式的な断面図である。 図３（ａ）～（ｄ）は、それぞれ導体層Ｌ１～Ｌ４のパターン形状を説明するための略平面図である。 図４は、コイル部品１の製造方法を説明するための工程図である。 図５は、コイル部品１の製造方法を説明するための工程図である。 図６は、コイル部品１の製造方法を説明するための工程図である。 図７は、コイル部品１の製造方法を説明するための工程図である。 図８は、コイル部品１の製造方法を説明するための工程図である。 図９は、コイル部品１の製造方法を説明するための工程図である。 図１０は、変形例によるコイル部品１Ａの外観を説明するための略斜視図である。 図１１は、コイル部品１Ａの模式的な断面図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態によるコイル部品１の外観を説明するための略斜視図である。

図１に示すように、本実施形態によるコイル部品１は、ｚ方向をコイル軸とするコイル部２が磁性素体Ｍに埋め込まれた構造を有している。磁性素体Ｍは、コイル軸と直交しｘｙ面を構成する表面３，４を有している。表面３には端子電極Ｅ１，Ｅ２が設けられており、実装時においては、表面３が回路基板と向かい合うよう、端子電極Ｅ１，Ｅ２が回路基板にハンダ付けされる。

図２は、本実施形態によるコイル部品１の模式的な断面図である。

図２に示すように、本実施形態によるコイル部品１は、コイル軸方向（ｚ方向）に交互に積層された層間絶縁膜５０～５４及び導体層Ｌ１～Ｌ４からなるコイル部２を有している。磁性素体Ｍは、磁性体層Ｍ１１～Ｍ１３，Ｍ２０からなる。このうち、磁性体層Ｍ１１はコイル部２の内径領域に設けられ、磁性体層Ｍ１２はコイル部２の径方向における外側領域に設けられ、磁性体層Ｍ１３はコイル部２をコイル軸方向の一方側から覆い、磁性体層Ｍ２０はコイル部２をコイル軸方向の他方側から覆う。磁性体層Ｍ２０は、コイル部２の内径領域と重なる部分においては磁性体層Ｍ１１と接し、コイル部２の外側領域と重なる部分においては磁性体層Ｍ１２と接している。一方、磁性体層Ｍ１１～Ｍ１３は一体化されている。ここで、磁性体層Ｍ２０と磁性体層Ｍ１２の接触面積は、磁性体層Ｍ２０と磁性体層Ｍ１１の接触面積とほぼ同じか、磁性体層Ｍ２０と磁性体層Ｍ１１の接触面積よりも大きいことが好ましい。これによれば、後述する製造プロセスにおいて角部に発生しやすい欠けがより生じにくくなる。

磁性体層Ｍ１３にはバンプ電極Ｂ１，Ｂ２が埋め込まれている。バンプ電極Ｂ１，Ｂ２は少なくとも表面３から露出しており、表面３から露出するバンプ電極Ｂ１，Ｂ２と接するよう、磁性素体Ｍの表面３に端子電極Ｅ１，Ｅ２が形成されている。バンプ電極Ｂ１，Ｂ２は、Ｃｕなどからなるピラー状の導体であり、コイル部２の両端を端子電極Ｅ１，Ｅ２に接続する役割を果たす。

導体層Ｌ１～Ｌ４は、それぞれコイルパターン１０，２０，３０，４０を有している。磁性素体Ｍを構成する磁性体層Ｍ１１～Ｍ１３，Ｍ２０は、磁性フィラーとバインダー樹脂を含む複合磁性材料からなる。磁性フィラーとしては、鉄（Ｆｅ）やパーマロイ系材料などの金属磁性材料を用いることが好ましい。バインダー樹脂としては、エポキシ樹脂を用いることが好ましい。磁性素体Ｍは、コイルパターン１０，２０，３０，４０に電流を流すことによって生じる磁束の磁路を構成する。

ここで、磁性体層Ｍ１１～Ｍ１３は互いに同じ複合磁性材料からなる一方、磁性体層Ｍ２０は、磁性体層Ｍ１１～Ｍ１３とは異なる複合磁性材料からなる。そして、本実施形態においては、磁性体層Ｍ１１～Ｍ１３における磁性フィラーの含有率が磁性体層Ｍ２０における磁性フィラーの含有率よりも高い。言い換えれば、磁性体層Ｍ１１～Ｍ１３におけるバインダー樹脂の含有率よりも、磁性体層Ｍ２０におけるバインダー樹脂の含有率の方が高い。一例として、磁性体層Ｍ１１～Ｍ１３における磁性フィラーの含有率が９７．８ｗｔ％、バインダー樹脂の含有率が２．２ｗｔ％であるのに対し、磁性体層Ｍ２０における磁性フィラーの含有率は９７．４ｗｔ％、バインダー樹脂の含有率が２．６ｗｔ％である。

これにより、磁性体層Ｍ１１～Ｍ１３についてはより高い透磁率を得ることができる一方、磁性体層Ｍ２０についてはより高い機械的強度を得ることができる。例えば、磁性体層Ｍ１１～Ｍ１３における磁性フィラーの含有率が９７．８ｗｔ％、バインダー樹脂の含有率が２．２ｗｔ％であれば、透磁率は約６２、曲げ強度は７３ＭＰａとなり、磁性体層Ｍ２０における磁性フィラーの含有率が９７．４ｗｔ％、バインダー樹脂の含有率が２．６ｗｔ％であれば、透磁率は約５５、曲げ強度は９６ＭＰａとなる。

そして、本実施形態においては、磁性素体Ｍの大部分を構成する磁性体層Ｍ１１～Ｍ１３の透磁率が高いことから、高いインダクタンスを得ることができる。特に、コイル部２の内径領域はもっとも磁束密度が高くなるため、この領域に磁性体層Ｍ１１を埋め込むことによりインダクタンスを高めることができる。また、磁性体層Ｍ１３にはバンプ電極Ｂ１，Ｂ２が埋め込まれているため、その分、磁性体層Ｍ１３のボリューム減少によってインダクタンスが低下するが、磁性体層Ｍ１３の材料として透磁率の高い材料を用いることにより、高いインダクタンスを得ることができる。これに対し、磁性体層Ｍ２０については、磁性フィラーの含有率を減らし、その分、バインダー樹脂の含有率を増やしていることから、後述する製造プロセスにおいて角部に発生しやすい欠けを防止することができるとともに、磁性フィラーの脱落を防止することが可能となる。

ここで、磁性体層Ｍ１１～Ｍ１３に含まれる磁性フィラーの材料及び平均粒径は、磁性体層Ｍ２０に含まれる磁性フィラーの材料及び平均粒径と同じであっても構わないし、異なっていても構わない。しかしながら、両者の材料及び平均粒径と同じとすれば材料コストを低減できるだけでなく、磁性フィラーの含有率による透磁率及び機械的強度の調整が容易となる。

また、磁性体層Ｍ１１～Ｍ１３に含まれるバインダー樹脂の材料は、磁性体層Ｍ２０に含まれるバインダー樹脂の材料と同じであっても構わないし、異なっていても構わない。しかしながら、両者の材料と同じとすれば材料コストを低減できるだけでなく、磁性体層Ｍ１１，Ｍ１２と磁性体層Ｍ２０の密着性を高めることが可能となる。

図３（ａ）～（ｄ）は、それぞれ導体層Ｌ１～Ｌ４のパターン形状を説明するための略平面図である。

図３（ａ）～（ｄ）に示すように、導体層Ｌ１にはコイルパターン１０が設けられ、導体層Ｌ２にはコイルパターン２０及び接続パターン２１が設けられ、導体層Ｌ３にはコイルパターン３０及び接続パターン３１が設けられ、導体層Ｌ４にはコイルパターン４０及び接続パターン４１が設けられる。接続パターン２１，３１，４１は互いに短絡され、コイルパターン１０の外周端とバンプ電極Ｂ１を接続する。コイルパターン１０の内周端はコイルパターン２０の内周端に接続され、コイルパターン２０の外周端はコイルパターン３０の外周端に接続され、コイルパターン３０の内周端はコイルパターン４０の内周端に接続され、コイルパターン４０の外周端はバンプ電極Ｂ２に接続される。これにより、端子電極Ｅ１，Ｅ２間には、コイルパターン１０，２０，３０，４０が直列に接続されることになる。

次に、本実施形態によるコイル部品１の製造方法について説明する。

図４～図９は、本実施形態によるコイル部品１の製造方法を説明するための工程図である。図４～図８には、１個のコイル部品１に相当する部分のみが示されているが、実際には、集合基板を用いて複数のコイル部品１が同時に作製される。

まず、図４に示すように、支持基板６１の表面に層間絶縁膜５０～５４と導体層Ｌ１～Ｌ４を交互に形成することによりコイル部２を形成した後、層間絶縁膜５４にビア７１，７２を形成する。導体層Ｌ１～Ｌ４の形成は、電解メッキによって行うことができる。ビア７１は接続パターン４１を露出させる位置に形成され、ビア７２はコイルパターン４０の外周端を露出させる位置に形成される。また、導体層Ｌ１～Ｌ４は、コイル部２の内径領域に位置する犠牲パターン６２と、コイル部２の外側領域に位置する犠牲パターン６３を含んでいる。次に、電解メッキによって、層間絶縁膜５４の表面にバンプ電極Ｂ１，Ｂ２を形成する。これにより、バンプ電極Ｂ１はビア７１を介して接続パターン４１に接続され、バンプ電極Ｂ２はビア７２を介してコイルパターン４０の外周端に接続される。

次に、図５に示すように、ウェットエッチングを行うことによって犠牲パターン６２，６３を除去する。コイル部２を構成する導体パターンについては、層間絶縁膜５０～５４で覆われているため、エッチングされることはない。バンプ電極Ｂ１，Ｂ２については、エッチングされないようレジストパターンで覆っておく必要がある。これにより、コイル部２の内径領域及び外側領域には、空間Ｓが形成される。次に、図６に示すように、犠牲パターン６２，６３の除去によって形成された空間Ｓを磁性体層Ｍ１１～Ｍ１３で埋め込む。そして、図７に示すように支持基板６１を除去した後、図８に示すように層間絶縁膜５０を覆う磁性体層Ｍ２０を形成する。ここで、磁性体層Ｍ２０を形成する前に層間絶縁膜５０の下面を粗面化しておけば、磁性体層Ｍ２０と層間絶縁膜５０の密着性が高められる。つまり、磁性体層Ｍ１１～Ｍ１３については凹凸形状を有するコイル部２を埋め込む用に形成されることから、例えば層間絶縁膜５４の上面の表面粗さが小さくても十分な密着性が確保される一方、磁性体層Ｍ２０はコイル部２の平坦面に形成されることから、層間絶縁膜５０の下面の表面粗さを層間絶縁膜５４の上面の表面粗さよりも大きくすることにより密着性を確保することができる。

そして、図９に示すように、複数のコイル部品１を含む集合基板８０をダイシングテープ８１に貼り付けた状態で、ダイシングラインＤに沿って集合基板８０をブレード８２で切断することによりコイル部品１を個片化する。ブレード８２を用いた切断は、磁性素体Ｍの表面３側から行う。つまり、表面３の反対側に位置する磁性素体Ｍの表面４はダイシングテープ８１に貼り付いた状態であり、表面３が切り始め側、表面４が切り終わり側である。この場合、ブレード８２を用いた切断が進むにつれて集合基板８０の残厚が小さくなるため、ダイシングラインＤの下部に応力が集中し、ブレード８２が表面４の近傍に達するタイミングで表面４に欠けが発生することがある。しかしながら、本実施形態によるコイル部品１は、表面４を構成する磁性体層Ｍ２０の機械的強度が高められていることから、ダイシングの切り終わり時に生じやすい磁性素体Ｍの角部の欠けを防止することが可能となる。

さらに、ダイシングが完了すると、個片化されたコイル部品１がダイシングテープ８１から剥離されるが、その際にも磁性素体Ｍの角部に欠けが生じやすい。しかしながら、本実施形態においては、磁性体層Ｍ２０の機械的強度が高められていることから、このようなダイシングテープ８１の剥離時に生じる欠けについても防止することが可能となる。

このように、本実施形態においては、ダイシングの際に切り終わり側に位置する磁性体層Ｍ２０のバインダー樹脂の含有率を増やすことによって機械的強度を高めていることから、切り終わり時に発生しやすい磁性素体の角部の欠けを防止することが可能となる。また、集合基板８０のサイズが大きい場合、製造時に反りが生じやすくなるが、磁性体層Ｍ１１～Ｍ１３に含まれるバインダー樹脂の材料と、磁性体層Ｍ２０に含まれるバインダー樹脂の材料を同じとすれば、熱膨張係数の差に起因する集合基板８０の反りが生じにくくなる。

このようにして作製されたコイル部品１は、チップマウンターを用いてピックアップされ、回路基板に実装される。この場合、バンプ電極Ｂ１，Ｂ２が設けられる表面３とは反対側に位置する表面４が吸着面となるため、表面４の表面粗さが表面３の表面粗さよりも小さくなるよう、磁性体層Ｍ２０の表面４を研磨しても構わない。

図１０は、変形例によるコイル部品１Ａの外観を説明するための略斜視図である。また、図１１は、コイル部品１Ａの模式的な断面図である。

図１０及び図１１に示すコイル部品１Ａは、バンプ電極Ｂ１，Ｂ２を設ける代わりに、導体層Ｌ１～Ｌ４の一部を磁性素体Ｍのｘｚ面を構成する側面５及びｙｚ面を構成する側面６，７から露出させ、側面５～７に端子電極Ｅ１，Ｅ２を形成している点において、上述した実施形態によるコイル部品１と相違している。その他の基本的な構成はコイル部品１と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

変形例によるコイル部品１Ａが例示するように、本発明においてバンプ電極を用いることは必須でなく、磁性素体Ｍの側面５～７に端子電極Ｅ１，Ｅ２を設けても構わない。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

１，１Ａ コイル部品
２ コイル部
３，４ 磁性素体の表面
５～７ 磁性素体の側面
１０，２０，３０，４０ コイルパターン
２１，３１，４１ 接続パターン
５０～５４ 層間絶縁膜
６１ 支持基板
６２，６３ 犠牲パターン
７１，７２ ビア
８０ 集合基板
８１ ダイシングテープ
８２ ブレード
Ｂ１，Ｂ２ バンプ電極
Ｄ ダイシングライン
Ｅ１，Ｅ２ 端子電極
Ｌ１～Ｌ４ 導体層
Ｍ 磁性素体
Ｍ１１～Ｍ１３，Ｍ２０ 磁性体層
Ｓ 空間

Claims (6)

1. スパイラル状のコイルパターンを含む複数の導体層と複数の絶縁層が交互に積層されたコイル部と、
   前記コイル部の内径領域、外側領域及び軸方向における一方側に配置された第１磁性体層と、
   前記コイル部の前記軸方向における他方側に配置された第２磁性体層と、を備え、
   前記第１及び第２磁性体層は、いずれも磁性フィラーとバインダー樹脂を含む複合磁性材料からなり、
   前記第１磁性体層における前記磁性フィラーの含有率は、前記第２磁性体層における前記磁性フィラーの含有率よりも高いことを特徴とするコイル部品。
2. 前記第１磁性体層に含まれる前記磁性フィラーの材料及び平均粒径は、前記第２磁性体層に含まれる前記磁性フィラーの材料及び平均粒径と同じであることを特徴とする請求項１に記載のコイル部品。
3. 前記第１磁性樹脂と前記第２磁性樹脂は接触しており、
   前記第１磁性体層に含まれる前記バインダー樹脂の材料は、前記第２磁性体層に含まれる前記バインダー樹脂の材料と同じであることを特徴とする請求項１又は２に記載のコイル部品。
4. 前記コイル部に接続されたバンプ電極をさらに備え、
   前記バンプ電極は、前記第１磁性体層に埋め込まれるとともに、前記軸方向と直交する前記第１磁性体層の表面から露出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のコイル部品。
5. 前記軸方向と直交する前記第２磁性体層の表面は、前記第１磁性体層の前記表面よりも表面粗さが小さいことを特徴とする請求項４に記載のコイル部品。
6. 支持基板上にスパイラル状のコイルパターンを含む複数の導体層と複数の絶縁層を交互に積層することによってコイル部を形成する工程と、
   前記コイル部の内径領域、外側領域及び軸方向における一方側に第１磁性体層を形成する工程と、
   前記支持基板を除去した後、前記コイル部の前記軸方向における他方側に第２磁性体層を形成する工程と、
   前記軸方向における前記一方側から前記第１及び第２磁性体層をダイシングすることによって個片化する工程と、を備え、
   前記第１及び第２磁性体層は、いずれも磁性フィラーとバインダー樹脂を含む複合磁性材料からなり、
   前記第１磁性体層における前記磁性フィラーの含有率は、前記第２磁性体層における前記磁性フィラーの含有率よりも高いことを特徴とするコイル部品の製造方法。

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