JP7174549B2 - インダクタ部品 - Google Patents

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Description

本開示は、インダクタ部品に関する。
従来、インダクタ部品としては、特開2014-107513号公報(特許文献1)に記載されたものがある。このインダクタ部品は、実装面を含む部品本体と、実装面に形成された外部電極とを有する。部品本体は、複数の絶縁層からなる素体と、素体内に設けられ、螺旋状に巻き回されたコイルとを有する。
コイルは、絶縁層上に形成されたコイル配線と、絶縁層を貫通し複数のコイル配線を電気的に直列に接続するビア配線とからなる。コイルの軸は、実装面に対して略平行である。ビア配線は、実装面から最も遠い辺にのみ形成されている。
これにより、外部電極とビア配線との距離を大きくして、外部電極とコイル導体との間の浮遊容量を小さくすることができ、Q特性の向上を図っている。
特開2014-107513号公報
しかしながら、前記従来のインダクタ部品では、Q値の向上は未だ不十分であり、特に、高周波でのQ値の向上には改善の余地があった。
そこで、本開示の課題は、Q値を向上できるインダクタ部品を提供することにある。
前記課題を解決するため、本開示の一態様であるインダクタ部品は、
複数の絶縁層を積層して構成される素体と、
前記素体内に設けられ、螺旋状に巻き回されたコイルと
を備え、
前記絶縁層は、母材と結晶を含み、前記母材および前記結晶のそれぞれの屈折率は、350nm以上450nm以下の少なくとも一つの波長に対して、1.8以下であり、
前記コイルは、平面に沿って巻回されたコイル配線を含み、前記コイル配線は、1層のコイル導体層または互いに面接触して積層された複数のコイル導体層から構成され、前記コイル導体層のアスペクト比は、1.0以上である。
ここで、母材は、例えば、非晶質の無機材料または非晶質の有機材料である。また、コイル導体層のアスペクト比とは、(コイル導体層のコイル軸方向の厚み)/(コイル導体層の幅)である。なお、コイルの軸方向とは、コイルが巻き回された螺旋の中心軸に平行な方向を指す。また、コイル導体層の幅とは、コイル導体層の延伸方向に直交する断面におけるコイルの軸方向と直交する方向の幅を指す。
本開示のインダクタ部品によれば、Q値を高くできる。
また、インダクタ部品の一実施形態では、前記コイル導体層のアスペクト比は、1.0以上2.0未満である。
前記実施形態によれば、Q値を高くできる。
また、インダクタ部品の一実施形態では、前記コイル配線は、互いに面接触して積層された複数のコイル導体層から構成される。
前記実施形態によれば、アスペクト比が高く、かつ、矩形度が高いコイル配線を形成することができる。
また、インダクタ部品の一実施形態では、前記コイル配線のアスペクト比は、1.0以上8.0未満である。
前記実施形態によれば、Q値を高くできる。
また、インダクタ部品の一実施形態では、前記コイル配線のアスペクト比は、1.5以上6.0未満である。
前記実施形態によれば、Q値をより高くできる。
また、インダクタ部品の一実施形態では、前記コイル配線の幅は、20μm以上である。
前記実施形態によれば、高アスペクト配線を安定して形成できる。
また、インダクタ部品の一実施形態では、前記コイル導体層の断面は、T字状であり、前記コイル配線の断面は、T字状を積層した形状である。
前記実施形態によれば、アスペクト比の高いコイル配線を安定して形成できる。
また、インダクタ部品の一実施形態では、前記コイル配線の最大幅と最小幅の差の、前記コイル配線の最大幅に対する割合は、20%以下である。
前記実施形態によれば、Q値を高くできる。
また、インダクタ部品の一実施形態では、前記コイル導体層は、胴部と、前記胴部の幅よりも広い幅を有する頭部とから構成され、前記胴部の最大幅と最小幅の差の、前記胴部の最大幅に対する割合は、10%以下である。
前記実施形態によれば、Q値を高くできる。
また、インダクタ部品の一実施形態では、前記母材は、Siを含み、非晶質である。
また、インダクタ部品の一実施形態では、前記結晶は、クオーツである。
前記実施形態によれば、結晶の屈折率を小さくすることができる。
また、インダクタ部品の一実施形態では、前記母材は、B,Si,O,Kを主成分とする非晶質ガラスである。
前記実施形態によれば、十分な機械強度と絶縁信頼性を有する素体を得ることができる。
また、インダクタ部品の一実施形態では、前記素体の断面において、前記母材と前記結晶の面積比は、75:25から50:50の範囲内である。
前記実施形態によれば、十分な緻密化と機械強度を有する素体を得ることができる。
また、インダクタ部品の一実施形態では、
前記素体は、前記絶縁層の積層方向の外側にマーク層を含み、
前記マーク層は、Siを含み非晶質であるマーク層中母材と、マーク層中結晶とを含み、
前記マーク層中結晶は、金属酸化物を含み、前記金属酸化物の屈折率は、450nm以上750nm以下の少なくとも一つの波長に対して、1.7以上3.0以下であり、かつ、前記金属酸化物の吸収係数は、250nm以上350nm以下の少なくとも一つの波長に対して、0.3以上であり、
前記マーク層中母材の屈折率は、450nm以上750nm以下の少なくとも一つの波長に対して、1.4以上1.6以下である。
前記実施形態によれば、Q値を高くできる。
また、インダクタ部品の一実施形態では、前記マーク層中結晶が含む金属酸化物は、Ti、Nb、Ceを含む。
前記実施形態によれば、所望の光吸収特性を得ることができる。
また、インダクタ部品の一実施形態では、前記マーク層中結晶は、顔料を含む。
前記実施形態によれば、マーク層に視認性(識別性)を持たせることができ、実装機などでの横転不良の検出性を向上できる。
また、インダクタ部品の一実施形態では、前記マーク層中結晶は、Coを含むスピネル型結晶構造を持つ金属酸化物を含む。
前記実施形態によれば、マーク層に視認性(識別性)を持たせることができ、実装機などでの横転不良の検出性を向上できる。
本開示の一態様であるインダクタ部品によれば、Q値を高くできる。
本発明のインダクタ部品の第1実施形態を示す透視斜視図である。 インダクタ部品の分解斜視図である。 インダクタ部品の断面図である。 コイル導体層の断面図である。 インダクタ部品の製造方法を説明する説明図である。 インダクタ部品の製造方法を説明する説明図である。 インダクタ部品の製造方法を説明する説明図である。 インダクタ部品の製造方法を説明する説明図である。 インダクタ部品の製造方法を説明する説明図である。 インダクタ部品の製造方法を説明する説明図である。 インダクタ部品の第2実施形態のコイル配線を示す模式断面図である。 高アスペクト比のコイル配線を感光性ペースト工法により1段形成する場合を説明する説明図である。 高アスペクト比のコイル配線をセミアディティブ工法により1段形成する場合を説明する説明図である。 コイル配線のアスペクト比とインダクタ部品のQ値との関係を示すグラフである。 インダクタ部品の第3実施形態のコイル配線を示す模式断面図である。 コイル導体層の幅を絶縁層の溝の幅よりも大きくした状態で、コイル導体層を形成する方法を説明する説明図である。 コイル導体層の幅を絶縁層の溝の幅よりも大きくした状態で、コイル導体層を形成する方法を説明する説明図である。 コイル導体層の幅を絶縁層の溝の幅よりも大きくした状態で、コイル導体層を形成する方法を説明する説明図である。 コイル導体層の幅を絶縁層の溝の幅よりも大きくした状態で、コイル導体層を形成する方法を説明する説明図である。 コイル導体層の幅を絶縁層の溝の幅と同じにした状態で、コイル導体層を形成する方法を説明する説明図である。 コイル導体層の幅を絶縁層の溝の幅と同じにした状態で、コイル導体層を形成する方法を説明する説明図である。 コイル導体層の幅を絶縁層の溝の幅と同じにした状態で、コイル導体層を形成する方法を説明する説明図である。 コイル導体層の幅を絶縁層の溝の幅と同じにした状態で、コイル導体層を形成する方法を説明する説明図である。
以下、本開示の一態様を図示の実施の形態により詳細に説明する。
(第1実施形態)
図1は、インダクタ部品の第1実施形態を示す透視斜視図である。図2は、インダクタ部品の分解斜視図である。図3は、インダクタ部品の断面図である。図1と図2と図3に示すように、インダクタ部品1は、素体10と、素体10の内部に設けられた螺旋状のコイル20と、素体10に設けられコイル20に電気的に接続された第1外部電極30および第2外部電極40とを有する。図1では、素体10は、構造を容易に理解できるよう、透明に描かれている。図3は、図1のIII-III断面である。
インダクタ部品1は、第1、第2外部電極30,40を介して、図示しない回路基板の配線に電気的に接続される。インダクタ部品1は、例えば、高周波回路のインピーダンス整合用コイル(マッチングコイル)として用いられ、パソコン、DVDプレーヤー、デジカメ、TV、携帯電話、カーエレクトロニクス、医療用・産業用機械などの電子機器に用いられる。ただし、インダクタ部品1の用途はこれに限られず、例えば、同調回路、フィルタ回路や整流平滑回路などにも用いることもできる。
素体10は、略直方体状に形成されている。素体10の表面は、第1端面15と、第1端面15に対向する第2端面16と、第1端面15と第2端面16の間に接続された底面17と、底面17に対向する天面18とを有する。なお、図示するように、X方向は、第1端面15および第2端面16に直交する方向であり、Y方向は、第1、第2端面15,16および底面17に平行な方向であり、Z方向は、X方向およびY方向に直交する方向であり、底面17に直交する方向である。
素体10は、複数の絶縁層11を積層して構成される。絶縁層11の積層方向は、素体10の第1、第2端面15,16および底面17に、平行な方向(Y方向)である。すなわち、絶縁層11は、XZ平面に広がった層状である。本願における「平行」とは、厳密な平行関係に限定されず、現実的なばらつきの範囲を考慮し、実質的な平行関係も含む。なお、素体10は、焼成などによって、複数の絶縁層11同士の界面が明確となっていない場合がある。
絶縁層11は、母材と結晶を含み、母材および結晶のそれぞれの屈折率は、350nm以上450nm以下の少なくとも一つの波長に対して、1.8以下である。母材および結晶のそれぞれの屈折率の計測方法としては、母材および結晶のそれぞれにおいて、組成分析と結晶構造解析から求めればよい。
結晶は、絶縁性を有し、例えば、クオーツ(結晶石英)である。クオーツの結晶化度は、特に限定されない。母材は、絶縁性を有する固体である。母材は、例えば、Siを含み、非晶質であり、好ましくは、B,Si,O,Kを主成分とするホウケイ酸ガラスなどである。なお、ガラスとしては、ホウケイ酸ガラス以外に、例えば、SiO、B、KO、LiO、CaO、ZnO、Bi、および/またはAlなどを含むガラス、例えば、SiO-B-KO系ガラス、SiO-B-LiO-CaO系ガラス、SiO-B-LiO-CaO-ZnO系ガラス、またはBi-B-SiO-Al系ガラスであってもよい。これらのガラス成分が、2種以上組み合わせたものでもよい。また、母材は、ガラスでなくてもよく、他の無機材料であってもよいし、樹脂などの有機材料であってもよく、この場合も非晶質であることが好ましい。さらに、上記無機材料と有機材料とが組み合わされたものであってもよい。
第1外部電極30および第2外部電極40は、例えば、AgまたはCuなどの導電性材料、及び、ガラス粒子から構成される。第1外部電極30は、第1端面15と底面17に渡って設けられたL字形状である。第2外部電極40は、第2端面16と底面17に渡って設けられたL字形状である。
コイル20は、例えば、第1、第2外部電極30,40と同様の導電性材料及びガラス粒子から構成される。コイル20は、絶縁層11の積層方向に沿って、螺旋状に巻き回されている。コイル20の第1端は、第1外部電極30に接続され、コイル20の第2端は、第2外部電極40に接続されている。なお、本実施形態では、コイル20と第1、第2外部電極30,40とは一体化されており、明確な境界は存在しないが、これに限られず、コイルと外部電極とが異種材料や異種工法で形成されることにより、境界が存在していても良い。
コイル20は、軸方向からみて、略長円形に形成されているが、この形状に限定されない。コイル20の形状は、例えば、円形、楕円形、長方形、その他の多角形などであってもよい。コイル20の軸方向とは、コイル20が巻き回された螺旋の中心軸に平行な方向を指す。コイル20の軸方向と絶縁層11の積層方向とは、同一方向を指す。
コイル20は、平面に沿って巻回されたコイル配線21を含む。複数のコイル配線21は、軸方向に沿って積層されている。コイル配線21は、軸方向に直交する絶縁層11の主面(XZ平面)上に巻回されて形成される。積層方向に隣り合うコイル配線21は、絶縁層11を厚み方向(Y方向)に貫通するビア配線26を介して、電気的に直列に接続される。このように、複数のコイル配線21は、互いに電気的に直列に接続されながら、螺旋を構成している。具体的には、コイル20は、互いに電気的に直列に接続され、巻回数が1周未満の複数のコイル配線21が積層された構成を有し、コイル20はヘリカル形状である。コイル配線21は、1層のコイル導体層25から構成される。
図4に示すように、コイル導体層25のアスペクト比は、1.0以上である。コイル導体層25のアスペクト比とは、(コイル導体層25の軸方向の厚みt)/(コイル導体層25の幅w)である。コイル導体層25の幅wとは、コイル導体層25の延伸方向に直交する断面におけるコイル20の軸方向と直交する方向の幅を指す。コイル導体層25の厚みtは、例えば50μmであり、コイル導体層25の幅wは、例えば25μmである。
図4では、コイル導体層25の断面は矩形状であるが、実際のコイル導体層25では矩形状とならない場合がある。この場合であっても、コイル導体層25のアスペクト比は、コイル導体層25の断面積とコイル導体層25の軸方向の最大厚みとから算出することができる。具体的には、上記厚みtは、コイル導体層25の軸方向の最大厚みとし、上記幅wは、コイル導体層25の断面積をコイル導体層25の最大厚みで割った値とすればよい。これにより、コイル導体層25の内面や外面に凹凸が形成されていても、アスペクト比を容易に求めることができる。このように、コイル導体層25の断面形状は、矩形に限らず、楕円形や多角形、これらを凹凸させた形状なども含む。
次に、前記インダクタ部品1の製造方法について説明する。
まず、ネガ型の感光性の絶縁ペーストと導電ペーストとを準備する。絶縁ペーストは、クオーツからなるフィラー材(結晶の一例)と非晶質ガラスからなるガラス材(母材の一例)とこれらを含有する溶媒としての樹脂材とを含む。
図5Aに示すように、図示しないキャリアフィルムなどの基材上に絶縁ペーストを塗布して外側絶縁層11aを形成する。外側絶縁層11aに絶縁ペーストを塗布して第1絶縁層11bを形成する。絶縁ペーストは、例えば、スクリーン印刷により塗布される。なお、外側絶縁層11aを形成する前に、図2の仮想線に示すマーク層12を形成してもよい。マーク層12は、例えば、絶縁ペーストにフィラーを混ぜて着色したものである。
図5Bに示すように、第1絶縁層11bの第1部分111(二点鎖線に示される)をマスク110により遮光した状態で、第1絶縁層11bを露光する。なお、露光する際の光源としては、水銀灯(g線、i線)、LED、エキシマレーザー、EUV光源、X線、電子線などであってよく、波長が短く直進性が高い光源であることが好ましい。図5Cに示すように、第1絶縁層11bの第1部分111を現像により除去して、第1部分111に対応する位置に溝112を形成する。
図5Dに示すように、溝112内に導電ペーストを塗布して、図5Eに示すように、溝112内にコイル導体層25を形成する。具体的に述べると、図5Dに示すように、第1絶縁層11b上および溝112内に感光性の導電ペーストをスクリーン印刷により塗布する。このとき、コイル導体層25の上部の幅を、コイル導体層25の溝112内の幅よりも、大きく形成する。そして、溝112内の導電ペーストにマスク110を介して紫外線等を照射し、アルカリ溶液等の現像液で現像して、コイル導体層25の未露光部分250を除去する。これにより、図5Eに示すように、コイル導体層25は、溝112内に形成される。
図5Fに示すように、第1絶縁層11b上およびコイル導体層25上に絶縁ペーストを塗布して、第2絶縁層11cを形成する。以上の工程を複数繰り返して、積層体を形成する。なお、全ての絶縁層を形成した後、図2の仮想線に示すマーク層12を形成し、積層体を形成してもよい。その後、焼成を行い、インダクタ部品1を製造する。
前記インダクタ部品1によれば、コイル導体層25のアスペクト比が1.0以上であるので、コイル導体層25のアスペクト比を大きくできて、コイル配線21の内面の面積(これは高周波信号に対するコイル20の表皮面積に相当する)の増加による高周波での電気抵抗の低減効果を得ることができる。
また、母材および結晶のそれぞれの屈折率は、波長が350nm以上450nm以下の何れかであるとき、1.8以下であるので、第1絶縁層11bに露光により溝112を形成する際、露光に用いる光が第1絶縁層11b内で散乱することを防止できる。これにより、第1絶縁層11b内のより深い部分まで光を照射することができて、コイル導体層25のアスペクト比を大きくできる。また、露光時の光散乱によるコイル導体層25の断面の矩形度の悪化を防止できて、表皮面積の縮小による損失増加を防止することができる。
したがって、高周波での表皮効果による抵抗損失を低減することで、Q値を高くできる。
好ましくは、コイル導体層25のアスペクト比は、1.0以上2.0未満である。したがって、コイル導体層25のアスペクト比を、露光時に十分な硬化深度が得られる2.0までの範囲に限定することで、硬化深度の不足によるコイル導体層25の断面の矩形度の悪化を防止できる。これにより、表皮面積の縮小による損失増加を防止することができて、Q値を高くできる。
好ましくは、素体10の断面において、母材と結晶の面積比は、75:25から50:50の範囲内である。母材と結晶の面積比を求める方法としては、素体10のY方向の中央位置におけるXZ断面の中心部分において、50μm×100μmの領域をSEM画像にて計測する。
このように、結晶の面積比を25%以上とすることでマイクロクラックなどの進展を抑止し、十分な機械強度が得られる。また、結晶の面積比を50%以下とすることで、母材の量を確保でき、軟化母材の不足による緻密化不足を防止し、十分な緻密化を得られる。したがって、十分な緻密化と機械強度を有する素体を得ることができる。
好ましくは、図2の仮想線に示すように、素体10は、絶縁層11の積層方向の外側にマーク層12を含む。マーク層12は、Siを含み、非晶質であるマーク層中母材とマーク層中結晶とを含む。マーク層中結晶は、金属酸化物を含み、金属酸化物の屈折率は、450nm以上750nm以下の少なくとも一つの波長に対して、1.7以上3.0以下であり、かつ、金属酸化物の吸収係数は、250nm以上350nm以下の少なくとも一つの波長に対して、0.3以上である。マーク層中母材の屈折率は、450nm以上750nm以下の少なくとも一つの波長に対して、1.4以上1.6以下である。
このように、金属酸化物の屈性率を1.7以上3.0以下とすることで、遮蔽性を得つつ、容量成分増加によるQ値の低下を防ぐことが出来る。金属酸化物の吸収係数を0.3以上とすることで、散乱断面積が大きく、散乱による露光形状悪化(太り)が生じ易い低波長の紫外線をカットすることで、高い解像性を得ることが出来る。また、マーク層12と絶縁層11との間で母材を共用可能とでき、結晶を添加するだけでマーク層12を形成できる。
好ましくは、マーク層中結晶が含む金属酸化物は、Ti、Nb、Ceを含む。これによれば、所望の光吸収特性を得ることができる。
好ましくは、マーク層12のマーク層中結晶は、顔料を含む。このように、顔料を添加することで、マーク層12を着色できる。したがって、マーク層12に視認性(識別性)を持たせることができ、実装機などでの横転不良の検出性を向上できる。
好ましくは、マーク層12のマーク層中結晶は、Coを含むスピネル型結晶構造を持つ金属酸化物を含む。したがって、マーク層に視認性(識別性)を持たせることができ、実装機などでの横転不良の検出性を向上できる。
(第2実施形態)
図6は、インダクタ部品の第2実施形態を示す断面図である。第2実施形態は、第1実施形態とは、コイル配線の構成が相違する。この相違する構成を以下に説明する。
第1実施形態のコイル配線21は、図3と図4に示すように、単層から構成されているが、第2実施形態のコイル配線21Aは、図6に示すように、互いに面接触して積層された3層のコイル導体層25a,25b,25cから構成されている。なお、コイル配線21Aは、2層または4層以上のコイル導体層から構成されていてもよい。
具体的に述べると、コイル配線21Aは、多段形成される。例えば、第1絶縁層11aに第1溝を形成し、この第1溝に第1コイル導体層25aを埋め込む。その後、第1絶縁層11a上に第2絶縁層11bを形成し、第2絶縁層11bに第2溝を形成し、この第2溝に第2コイル導体層25bを埋め込む。その後、第2絶縁層11b上に第3絶縁層11cを形成し、第3絶縁層11cに第3溝を形成し、この第3溝に第3コイル導体層25cを埋め込み、そして、第3絶縁層11c上に第4絶縁層11dを形成する。これにより、第1~第3コイル導体層25a~25cは、互いに面接触するように積層されて、コイル配線21Aを構成する。第1~第4絶縁層11a~11dは、積層されて素体10の一部を構成し、コイル配線21Aを覆う。なお、コイル導体層25a~25cは、感光性導電ペーストを塗布した後に、必要な部分を光硬化させパターニングする感光性ペースト工法により形成することができる。なお、感光性導電ペーストを塗布する際は、材料使用率の向上のため、スクリーン印刷で塗布することが好ましい。この他にも、コイル導体層25a~25cは、導電ペーストをスクリーン印刷などで塗布した後に焼成して形成してもよいし、めっき工法やスパッタリング法などによって形成してもよい。
したがって、本実施形態の構成であれば、アスペクト比の高いコイル配線を形成することがプロセス的に困難な場合でも、複数のコイル導体層25a~25cを積層してコイル配線21Aを構成することで、アスペクト比が高く、かつ、矩形度が高いコイル配線21Aを形成することができる。つまり、高アスペクト化のためにコイル導体層の1層あたりの厚みを厚くする必要がなくなるため、感光性ペーストやフォトレジストの硬化深度不足などによる断面形状の歪が低減でき、プロセスの制約を超えたアスペクト比のコイル配線を形成することができる。
これに対して、図7Aは、高アスペクト比のコイル配線121を、例えば感光性ペースト工法により1段形成する場合のコイル配線121の形状を示している。感光性ペースト工法では、絶縁層111上に感光性導電ペーストを塗布し、その後、該ペーストのうち、コイル配線121を形成する部分に露光を行い、未露光部分を除去した後、焼結を経てコイル配線121が形成される。しかし、アスペクト比が高い場合、露光時に感光性導電ペーストの底部側を十分に光硬化させることができず、焼結時に底部の収縮率が上部側よりも大きくなるため、コイル配線121の底部側で上部側よりも配線幅が小さくなり、形状がいびつになる。
また、図7Bは、高アスペクト比のコイル配線121を、例えばセミアディティブ工法により1段形成する場合のコイル配線121の形状を示している。セミアディティブ工法では、絶縁層111上にシード層(介在層)131を無電解めっきで形成し、シード層131上に感光性レジスト132を形成し、コイル配線121を形成する部分の感光性レジスト132をフォトリソグラフィにより除去した上で、該除去した部分にコイル配線121をシード層131を用いた電解めっきで形成する。しかし、アスペクト比が高い場合、感光性レジスト132のフォトリソグラフィ時に感光性レジスト132の底部側を十分に光硬化させることができず、エッチング時に底部側が必要以上に除去されるため、コイル配線121の底部側で上部側よりも配線幅が大きくなり、形状がいびつになる。
なお、このようなコイル配線の形状の問題は、スクリーン印刷や他のめっき工法、スパッタリング法などでも本質的には発生するものであり、それぞれのプロセスには形状の安定したコイル配線を形成するためにはアスペクト比の制約が存在する。
一方、本実施形態のコイル配線21Aは多段形成されるので、絶縁層11a~11cの溝において光硬化深度の影響が無い深さの範囲内で、コイル導体層25a~25cを形成するため、コイル導体層25a~25cは矩形状になる。これにより、高周波での電流密度分布が安定する。
また、本実施形態では、コイル配線21Aを感光性ペースト工法の底部の未露光部がなくなるため、焼成時の収縮量の差による焼成後の空隙が発生し難くなる。
なお、本実施形態の構成であれば、面接触するコイル導体層25a,25b,25c同士の間、およびコイル導体層25a,25b,25cと素体10との間に、図7Bのシード層131のような介在層が存在していない。したがって、コイル配線のうち、無電解めっきで形成された部分(シード層131)、電解めっきで形成された部分のようなプロセスの違いや、コイル配線121と絶縁層111との材料の違いなどに起因するコイル配線121の密着強度の低下が発生しない。これにより、多段に形成されたコイル導体層25a~25cの間の密着強度の低下を防止でき、さらに、コイル導体層25a~25cと素体10の間の密着強度の低下を防止できる。
図6に示すように、コイル配線21Aのアスペクト比は1.0以上8.0未満である。アスペクト比とは、(コイル配線21Aの厚みT)/(コイル配線21Aの配線幅W)である。図6ではコイル配線21Aの断面は矩形状であるが、実際のコイル配線21Aでは矩形状とならない場合がある。この場合であっても、コイル配線21Aのアスペクト比は、コイル配線21Aの断面積とコイル配線21Aの軸方向の最大厚みとから算出することができる。具体的には、上記厚みTは、コイル配線21Aの軸方向の最大厚みとし、上記配線幅Wは、コイル配線21Aの断面積をコイル配線21Aの最大厚みで割った値とすればよい。これにより、コイル配線21Aの内面や外面に凹凸が形成されていても、アスペクト比を容易に求めることができる。
コイル配線21Aのアスペクト比が1.0以上であることにより、コイル配線21Aの内面の面積(これは高周波信号に対するコイル20の表皮面積に相当する)の増加による高周波での電気抵抗の低減効果を得つつ、該アスペクト比が8.0未満であることにより、コイル配線21Aの断面積の減少による電気抵抗増加効果を抑制できる。これにより、L値に対するQ値の取得効率が高く、結果的にQ値を向上できる。以下、これを詳細に説明する。
図8に、コイル配線のアスペクト比とインダクタ部品のQ値との関係を示す。図8のグラフの横軸は、コイル配線のアスペクト比を示し、縦軸は、インダクタ部品のQ値を示す。図8のグラフは、シミュレーションにおいて、コイル配線のアスペクト比を変化させたときに、得られたインダクタ部品のQ値を示している。なお、シミュレーションにおいては、インダクタ部品のL値及びコイルの外径を一定にした上でアスペクト比を変化させている。つまり、同一のアスペクト比となるコイル配線の厚みと配線幅との組み合わせは無数に存在するが、その中で、所定のL値及び外径となる、コイル配線の厚み(コイルの軸方向の長さ)、配線幅(コイル内径)を設定している。なお、図8のグラフは、インダクタ部品について、チップサイズが0402サイズ(実装面が0.4mm×0.2mm)であり、L値が1.5nHであり、インダクタ部品への入力信号の信号周波数が1GHzであるときの状態を示す。また、コイルの外径とは、コイルを軸方向から見たときに、外周面20aに囲まれる面積から求められる値であり、当該面積を円周率で割った値の平方根(理論半径)の2倍である。
図8に示すように、インダクタ部品のQ値は、アスペクト比に対して上に凸の曲線状となっており、アスペクト比が1.0以上8.0未満であるとき、高いQ値を得られることが分かる。また、アスペクト比が1.5以上6.0未満であるときは、さらに高いQ値を得られることが分かる。
つまり、本願発明者は、鋭意検討の結果、図8に示すアスペクト比とQ値の関係を導き、アスペクト比とQ値のグラフがピーク値を有することを見出した。この原因として、アスペクト比が0からピーク値までの間では、コイルの表皮面積の増加による高周波での電気抵抗の低減効果が支配的であり、Q値が増加する。一方、アスペクト比がピーク値を超える範囲では、コイル配線の断面積の低減によるコイル配線の電気抵抗の上昇効果が支配的となり、Q値が低減する。これに対して、従来例(特開2014-107513号公報)では、アスペクト比は、1.0よりも小さく、図8から、Q値が非常に低いことがわかる。
図6に示すように、コイル配線21Aの幅Wは、好ましくは、20μm以上である。つまり、絶縁層11a,11b,11cの溝幅が、20μm以上であるので、コイル配線21Aの材料となる導電ペーストを溝に充填する際に、気泡のかみ込みなく充填することができる。したがって、高アスペクト配線21Aを安定して形成できる。
(第3実施形態)
図9は、インダクタ部品の第3実施形態を示す断面図である。第3実施形態は、第2実施形態とは、コイル配線の構成が相違する。この相違する構成を以下に説明する。
第2実施形態のコイル配線21Aは、図6に示すように、断面矩形状のコイル導体層25a,25b,25cから構成されているが、第3実施形態のコイル配線21Bは、図9に示すように、断面T字状のコイル導体層25a,25b,25cから構成され、コイル配線21Bの断面は、T字状を積層した形状である。
このとき、コイル配線21Bの断面はT字状であるが、コイル配線21Bのアスペクト比は、コイル配線21Bの断面積とコイル配線21Bの軸方向の最大厚みとから算出することができる。具体的には、アスペクト比は、(コイル配線21Bの厚みT)/(コイル配線21Bの配線幅W)であるが、上記厚みTは、コイル配線21Bの軸方向の最大厚みとし、上記配線幅Wは、コイル配線21Bの断面積をコイル配線21Bの最大厚みで割った値とすればよい。これにより、アスペクト比を求めることができる。
図9に示すように、コイル導体層25a,25b,25cは、それぞれ、胴部251と胴部251に接続された頭部252とを含む。頭部252は、胴部251の積層方向の上側に位置する。頭部252の幅w2は、胴部251の幅w1よりも広い。頭部252の厚みt2は、胴部251の厚みt1よりも薄い。頭部252の厚みt2は、好ましくは、全体の厚みの30%以下である。
コイル配線21Bの最大幅と最小幅の差の、コイル配線21Bの最大幅に対する割合は、好ましくは、20%以下である。つまり、コイル配線21Bの最大幅は、頭部252の幅w2であり、コイル配線21Bの最小幅は、胴部251の幅w1である。(w2-w1)/w2は、20%以下となる。これによれば、コイル配線21Bの断面の矩形度を高めることで、高周波での表皮面積を拡大し、損失を低減できて、Q値を高くできる。
胴部251の最大幅と最小幅の差の、胴部251の最大幅に対する割合は、好ましくは、10%以下である。つまり、胴部251の断面は、完全な矩形状とならず、楕円形や多角形、これらを凹凸させた形状なども含む。このため、胴部251は、最大幅と最小幅を含む。これによれば、コイル配線21Bの断面の矩形度を高めることで、高周波での表皮面積を拡大し、損失を低減できて、Q値を高くできる。このとき、頭部252の最大幅と胴部251の最小幅の差の、胴部251の最大幅に対する割合は、10%よりも大きい。
以下、コイル配線の横断面に相当する図10A~図10Dを用いて具体的に述べる。図10Aに示すように、第1絶縁層11aに、フォトリソグラフィ工程などにより、第1溝110aを形成する。なお、図10Aでは、第1溝110aの深さは第1絶縁層11aの厚みより小さいが、これは例えばハーフトーンマスクを用いたフォトリソグラフィ法や、第1絶縁層11aを2層で形成するなど、公知の方法で実現可能である。また、第1溝110aは第1絶縁層11aを貫通する深さで形成してもよい。次に、図10Bに示すように、第1絶縁層11a上および第1溝110a内に感光性導電ペーストをスクリーン印刷により塗布して、感光性導電ペースト層を形成する。さらに、感光性導電ペースト層にフォトマスクを介して紫外線等を照射し、アルカリ溶液等の現像液で現像する。これにより、第1コイル導体層25aは、第1絶縁層11a上および第1溝110a内に形成される。このとき、フォトマスクのパターン設計により、第1コイル導体層25aの配線幅gを、第1溝110aの幅fよりも、大きく形成する。
その後、図10Cに示すように、第1絶縁層11a上に第2絶縁層11bを形成する。そして、第2絶縁層11bに、フォトリソグラフィ工程などにより、第2溝110bを形成する。このとき、フォトリソグラフィ工程におけるマスクのアライメントずれなどにより、第2溝110bの位置が、仮想線に示す正しい位置からずれて形成されるとする。
その後、図10Dに示すように、第2絶縁層11b上および第2溝110b内に感光性導電ペーストをスクリーン印刷により塗布して、感光性導電ペースト層を形成する。さらに、感光性導電ペースト層にフォトマスクを介して紫外線等を照射し、アルカリ溶液等の現像液で現像する。これにより、第2コイル導体層25bは、第2絶縁層11b上および第2溝110b内に形成される。このとき、第2溝110bの位置がずれて形成されていても、第2コイル導体層25bの配線幅gは、第2溝110bの幅fよりも、大きいので、第2溝110b内には、第2コイル導体層25bが充填される。
これに対して、絶縁層に形成する溝の幅fとコイル導体層の配線幅gを同一幅で形成する場合、つまり、第1、第2溝110a,110bの幅fをコイル導体層210a,210bの配線幅gと同じにする場合を、同じくコイル配線の横断面に相当する図11A~図11Dを用いて説明する。まず、図11Aに示すように、第1絶縁層11aに第1溝110aを形成し、第1溝110a内に感光性導電ペーストをスクリーン印刷により塗布して、感光性導電ペースト層を形成する。さらに、感光性導電ペースト層にフォトマスクを介して紫外線等を照射し、アルカリ溶液等の現像液で現像する。このように、第1溝110aの形成位置と、第1コイル導体層の形成位置が一致する場合は、第1コイル導体層210aは、第1溝110a内に形成される。
その後、図11Bに示すように、第1絶縁層11a上に第2絶縁層11bを形成する。そして、第2絶縁層11bに、フォトリソグラフィ工程などにより、第2溝110bを形成する。このとき、フォトリソグラフィ工程におけるマスクのアライメントずれなどにより、第2溝110bの位置が、仮想線に示す正しい位置からずれて形成されるとする。
その後、図11Cに示すように、第2絶縁層11b上および第2溝110b内に感光性導電ペーストをスクリーン印刷により塗布して、感光性導電ペースト層を形成する。さらに、感光性導電ペースト層にフォトマスクを介して紫外線等を照射し、アルカリ溶液等の現像液で現像して、第2コイル導体層210bを形成する。このとき、第2溝110bの位置がずれて形成されていると、第2溝110bの幅fは、第2コイル導体層210bの幅gと同じであるので、第2溝110b内には、感光性導電ペースト層が充填されない。つまり、第2溝110bが、スクリーン印刷による塗布位置とずれるため、第2コイル導体層210bとなるべき感光性導電ペースト層と第2溝110bとの間に隙間が形成されてしまう。この結果、感光性導電ペースト層のフォトリソグラフィ工程において、第2溝110bの隙間から現像液が進入してしまう。感光性導電ペースト層の下層側は上層側に比べて光硬化が進んでおらず、現像液によって除去される可能性があり、この場合、図11Dに示すように、第2コイル導体層210bが、第2溝110bから剥がれるおそれがある。
なお、図11Bのように第2溝110bの形成位置がずれた場合、第2コイル導体層210bの形成時に、感光性導電ペーストのスクリーン印刷の塗布形状にマージンを持たせることによって、感光性導電ペースト層を第2溝110bに充填することは可能である。しかし、この場合であっても、フォトリソグラフィ工程における感光性導電ペーストの露光位置と、第2溝110bの形成位置がずれるため、第2溝110bに充填された感光性導電ペースト層の一部は光硬化せず、現像によって除去され、第2溝110bに隙間ができる。よって、現像液によって、図11Dに示すように、第2コイル導体層210bが、第2溝110bから剥がれるおそれがある。
さらに、上記では、第2溝110bの形成位置がずれる場合を説明したが、第2溝110bの形成位置がずれない場合であっても、第2コイル導体層210bの形成時に、スクリーン印刷のマスクずれや、フォトリソグラフィ工程のフォトマスクのずれにより、同様の問題は発生するおそれがある。したがって、コイル配線21Bの横断面は、T字状を積層した形状であることがよく、アスペクト比の高いコイル配線21Bを安定して形成できる。
なお、本開示は上述の実施形態に限定されず、本開示の要旨を逸脱しない範囲で設計変更可能である。例えば、第1から第3実施形態のそれぞれの特徴点を様々に組み合わせてもよい。
前記第1から前記第3実施形態では、絶縁層の母材として、フェライトなどを主成分とするセラミック材料や、ポリイミドなどを主成分とする樹脂材料などから構成してもよい。
前記第1実施形態では、コイル配線を1層の矩形状のコイル導体層から構成しているが、1層の(第2実施形態の)T字状のコイル導体層から構成してもよい。
(実施例)
以下、インダクタ部品の製造方法の一例を説明する。
クオーツをフィラーとして含み、硼珪酸ガラスを主成分とする絶縁ペーストをスクリーン印刷により塗布することを繰り返して、絶縁層を形成する。この絶縁層は、コイルの軸方向の一方の外側に位置する外層用絶縁層である。
感光性導電ペースト層を塗布形成して、フォトリソグラフィ工程により、コイル導体層及び外部電極導体層を形成する。具体的には、Agを金属主成分とする感光性導電ペーストをスクリーン印刷により塗布して、感光性導電ペースト層を形成する。さらに、感光性導電ペースト層にフォトマスクを介して紫外線等を照射し、アルカリ溶液等で現像する。これにより、コイル導体層及び外部電極導体層が絶縁層上に形成される。この時、フォトマスクに所望のコイルパターンを描くことができる。
フォトリソグラフィ工程により、開口及びビアホールが設けられた絶縁層を形成する。具体的には、感光性絶縁ペーストをスクリーン印刷により塗布して絶縁層上に形成する。さらに、感光性絶縁層にフォトマスクを介して紫外線等を照射し、アルカリ溶液等で現像する。
フォトリソグラフィ工程により、コイル導体層及び外部電極導体層を形成する。具体的には、Agを金属主成分とする感光性導電ペーストをスクリーン印刷により塗布して、感光性導電ペースト層を形成する。さらに、感光性導電ペースト層にフォトマスクを介して紫外線等を照射し、アルカリ溶液等で現像する。これにより、外部電極導体層間を接続する導体層は開口内に形成され、ビアホール導体はビアホール内に形成され、コイル導体層は絶縁層上及び開口内に形成される。
上記工程を繰り返すことにより、絶縁層上及び内部にコイル導体層及び外部電極導体層が形成される。
絶縁ペーストをスクリーン印刷により塗布することを繰り返して、絶縁層を形成する。この絶縁層は、コイルの軸方向の他方の外側に位置する外層用絶縁層である。
以上の工程を経て、マザー積層体を得る。なお、一方の外層用絶縁層を形成する前、および、他方の外層用絶縁層を形成した後に、図2の仮想線に示すマーク層12を形成してもよい。
ダイシング等によりマザー積層体を複数の未焼成の積層体にカットする。マザー積層体のカット工程では、カットにより形成されるカット面において外部電極を積層体から露出させる。
未焼成の積層体を所定条件で焼成し、積層体を得る。積層体に対してバレル加工を施す。外部電極が積層体から露出している部分に、2μm~10μmの厚さを有するNiめっき及び2μm~10μmの厚さを有するSnめっきを施す。以上の工程を経て、0.4mm×0.2mm×0.2mmのインダクタ部品が完成する。
なお、導体パターンの形成工法は、上記に限定されるものではなく、例えば、導体パターン形状に開口したスクリーン版による導体ペーストの印刷積層工法でも良いし、スパッタ法や蒸着法、箔の圧着等により形成した導体膜をエッチングによりパターン形成する方法であっても良いし、セミアディティブ法のようにネガパターンを形成してめっき膜により導体パターンを形成した後、不要部を除去する方法であっても良い。さらに、導体パターンを多段形成することにより高アスペクトすることで、高周波での抵抗による損失を低減することができる。より具体的には、上記導体パターンの形成を繰り返すプロセスであっても良いし、セミアディティブプロセスで形成した配線を繰り返し重ねるプロセスであっても良いし、積み重ねの一部をセミアディティブプロセスで形成し、その他はめっき成長させた膜をエッチングで形成するプロセスであっても良いし、セミアディティブプロセスで形成した配線をさらにめっきで成長させ高アスペクト化するプロセスを組み合わせても良い。
また、導体材料は上記のようなAgペーストに限定されるものではなく、スパッタ法や蒸着法、箔の圧着、めっき等により形成されるAg,Cu,Auといった良導体のものであれば良い。
また、絶縁層ならびに開口、ビアホールの形成方法は上記に限定されるものではなく、絶縁材料シートの圧着やスピンコート、スプレー塗布後、レーザーやドリル加工によって開口される方法でも良い。
また、絶縁材料は上記のようなガラス、セラミックス材料に限定されるものではなく、エポキシ樹脂、フッ素樹脂、ポリマー樹脂のような有機材料でも良いし、ガラスエポキシ樹脂のような複合材料でも良いが、誘電率、誘電損失の小さいものが望ましい。
また、インダクタ部品のサイズは上記に限定されるものではない。
また、外部電極の形成方法について、カットにより露出させた外部導体にめっき加工を施す方法に限定されるものではなく、カット後にさらに導体ペーストのディップやスパッタ法等によって外部電極を形成し、その上にめっき加工を施す方法でもよい。
1 インダクタ部品
10 素体
11,11a,11b,11c,11d 絶縁層
12 マーク層
20 コイル
21,21A,21B コイル配線
25,25a,25b,25c コイル導体層
26 ビア配線
30 第1外部電極
40 第2外部電極
251 胴部
252 頭部
t コイル導体層の厚み
w コイル導体層の幅
T コイル配線の厚み
W コイル配線の幅

Claims (15)

  1. 複数の絶縁層を積層して構成される素体と、
    前記素体内に設けられ、螺旋状に巻き回されたコイルと
    を備え、
    前記絶縁層は、母材と結晶を含み、前記母材および前記結晶のそれぞれの屈折率は、350nm以上450nm以下の少なくとも一つの波長に対して、1.8以下であり、
    前記コイルは、平面に沿って巻回されたコイル配線を含み、前記コイル配線は、1層のコイル導体層または互いに面接触して積層された複数のコイル導体層から構成され、前記コイル導体層のアスペクト比は、1.0以上であり、
    前記素体は、前記絶縁層の積層方向の外側にマーク層を含み、
    前記マーク層は、Siを含み非晶質であるマーク層中母材と、マーク層中結晶とを含み、
    前記マーク層中結晶は、金属酸化物を含み、前記金属酸化物の屈折率は、450nm以上750nm以下の少なくとも一つの波長に対して、1.7以上3.0以下であり、かつ、前記金属酸化物の吸収係数は、250nm以上350nm以下の少なくとも一つの波長に対して、0.3以上であり、
    前記マーク層中母材の屈折率は、450nm以上750nm以下の少なくとも一つの波長に対して、1.4以上1.6以下であり、
    前記マーク層中結晶は、Coを含むスピネル型結晶構造を持つ金属酸化物を含む、インダクタ部品。
  2. 前記コイル導体層のアスペクト比は、1.0以上2.0未満である、請求項1に記載のインダクタ部品。
  3. 前記コイル配線は、互いに面接触して積層された複数のコイル導体層から構成される、請求項1または2に記載のインダクタ部品。
  4. 前記コイル配線のアスペクト比は、1.0以上8.0未満である、請求項3に記載のインダクタ部品。
  5. 前記コイル配線のアスペクト比は、1.5以上6.0未満である、請求項4に記載のインダクタ部品。
  6. 前記コイル配線の幅は、20μm以上である、請求項3から5の何れか一つに記載のインダクタ部品。
  7. 前記コイル導体層の断面は、T字状であり、前記コイル配線の断面は、T字状を積層した形状である、請求項3から6の何れか一つに記載のインダクタ部品。
  8. 前記コイル配線の最大幅と最小幅の差の、前記コイル配線の最大幅に対する割合は、20%以下である、請求項7に記載のインダクタ部品。
  9. 前記コイル導体層は、胴部と、前記胴部の幅よりも広い幅を有する頭部とから構成され、前記胴部の最大幅と最小幅の差の、前記胴部の最大幅に対する割合は、10%以下である、請求項8に記載のインダクタ部品。
  10. 前記母材は、Siを含み、非晶質である、請求項1から9の何れか一つに記載のインダクタ部品。
  11. 前記結晶は、クオーツである、請求項1から10の何れか一つに記載のインダクタ部品。
  12. 前記母材は、B,Si,O,Kを主成分とする非晶質ガラスである、請求項1から11の何れか一つに記載のインダクタ部品。
  13. 前記素体の断面において、前記母材と前記結晶の面積比は、75:25から50:50の範囲内である、請求項1から12の何れか一つに記載のインダクタ部品。
  14. 前記マーク層中結晶が含む金属酸化物は、Ti、Nb、Ceを含む、請求項1から13の何れか一つに記載のインダクタ部品。
  15. 前記マーク層中結晶は、顔料を含む、請求項1から14の何れか一つに記載のインダクタ部品。
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