WO2014068613A1 - コイル素子の製造方法 - Google Patents

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佐野　孝史
常徳 寺田
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株式会社Ｌｅａｐ
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    • H01F41/04—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing coils
    • H01F41/041—Printed circuit coils
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
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    • H01F17/00—Fixed inductances of the signal type 
    • H01F17/0006—Printed inductances
    • H01F17/0013—Printed inductances with stacked layers

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a coil element, and more particularly to a method of manufacturing a coil element that can make the plating height of a coil element peeled and transferred using a transfer mold uniform.
  • Patent Document 1 describes a method for manufacturing an electronic component by electroforming (also referred to as electroplating). In this method, first, a mother mold is produced from a master mold, and then a transfer sun mold is produced on the surface of the mother mold by nickel electroforming. Then, the transfer sun mold is peeled from the mother mold, and the sun mold is used as a work mold to manufacture parts.
  • the coil extraction electrode When producing a coil element by using a transfer mold, the coil extraction electrode has a coil pattern height (H) higher than that of the other part, and is connected to the upper coil element in a multilayer connection. It may be necessary to produce a coil component. In that case, it is necessary to make the depth of the pattern of the coil element imprinted in the transfer mold partially deep at the electrode extraction portion.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and by removing the conductive film after electroforming by a predetermined thickness from the surface by polishing or grinding, the conductive film surface has no irregularities, and after the removal, It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a coil element that does not hinder the use of the coil element pattern.
  • the means of the present invention is a method of manufacturing a coil element using a transfer mold, comprising the steps of preparing a transfer mold in which a reverse coil element pattern is engraved on the surface and at least the surface portion is made of metal, and the transfer Forming a central conductor film having a thickness exceeding the thickness of the region where the reversal coil element pattern is engraved on the entire surface of the mold by first electroplating;
  • the step of flattening the surface of the center conductor film by polishing or grinding, the step of peeling the flattened center conductor film from the transfer mold, and the coil of the peeled center conductor film A step of depositing a protective film on the entire surface on the side where the element pattern is formed, and etching from the flattened side of the central conductor film until the central conductive film reaches the protective film And having a step of removing grayed, and a step of taking out the center conductor film is removed the protective film.
  • a coil element comprising the center conductor film and the surface conductor film is formed by forming a surface conductor film that covers the center conductor film by second electroplating with the extracted center conductor film as a base.
  • the method further comprising the step of: Further, the surface portion of the transfer mold is Ni, and NiO is formed on the surface of Ni.
  • the protective film is SiO 2 , SOG, or a resist. Further, the protective film is formed by CVD or sputtering. Further, the etching of the central conductor film is performed using a ferric chloride solution.
  • coil element patterns having different thicknesses can be formed from the flattened surface, there is an advantage that it is easy to manufacture a multilayered coil component.
  • the figure which shows the preparation processes of the coil element by this invention The top view of the coil element assembly produced using the transcription
  • FIG. 1 is a diagram showing a manufacturing process of a coil element according to the present invention.
  • a metallic transfer mold 100 made of nickel (Ni) or the like with reverse coil element patterns 102a and 102b engraved on the surface thereof is prepared.
  • the metallic transfer mold 100 need only be metallic at least on the surface, and need not be metallic as a whole.
  • the surface portion of the transfer mold 100 is Ni, if the surface is oxidized to form NiO, the central conductor film can be easily peeled off in subsequent steps.
  • the inverted coil element patterns 102a and 102b may have portions having different depths.
  • the central conductor film 104 is formed on the entire surface of the transfer mold 100 by electroplating such as copper (Cu) so as to exceed the thickness of the region where the reverse coil element patterns 102a and 102b are engraved. At this time, irregularities corresponding to the depths of the inverted coil element patterns 102a and 102b are directly reflected on the surface of the central conductor film 104.
  • electroplating such as copper (Cu) so as to exceed the thickness of the region where the reverse coil element patterns 102a and 102b are engraved.
  • the central conductor film 104 is removed from the surface by a predetermined thickness by polishing or grinding, and is flattened without the unevenness existing on the surface. As a result, the central conductor film 106 having a flat surface is formed.
  • the central conductor film 106 whose surface is flattened is peeled from the transfer mold 100.
  • a protective film 108 is deposited on the entire surface of the peeled central conductor film 106 where the coil element patterns 102a and 102b are formed.
  • the protective film 108 SiO 2 , SOG, or a resist can be used, and the protective film 108 may be formed by a method such as CVD or sputtering.
  • the central conductor film 106 is removed by etching until it reaches the protective film 108 from the flattened side. The etching of the central conductor film 106 is preferably performed using a ferric chloride solution.
  • FIG. 1f the protective film 108 is removed, and the central conductor films 106a and 106b are taken out.
  • the central conductor films 106a and 106b thus taken out are used as coil elements having different thicknesses.
  • the gap between the central conductor films 106a and 106b is reduced to increase the density, as shown in FIG.
  • the surface conductor films 110a and 110b that thicken the surface may be formed.
  • FIG. 2 is a plan view of a coil element assembly 1000 manufactured using a transfer mold substrate.
  • the transfer mold substrate for producing the coil element assembly 1000 has the same shape as this shape.
  • a rib 502, a gate 504, and a runner 506 are provided.
  • Holes 508 are provided at the four corners of the rib 502, and the positions of the conductor patterns of the coil elements 500m and n formed in each layer of the plurality of coil element assemblies 1000 using the pins 510 penetrating the holes 508. Align.
  • a plurality of coil element assemblies 1000-1, 1000-2,... 1000-N are aligned via pins 510 so that corresponding coil elements in each coil element assembly are aligned with each other.
  • the tin plating constituting the bonding film is melted and acts as solder to join the coil elements of the respective layers.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining that a plurality of coil element assemblies are stacked and the coil elements of each layer are connected to form a coil.
  • the embodiment shown in FIG. 4 shows a case where six layers of coil element assemblies are stacked and the coil elements in each layer are connected to produce one coil.
  • Corresponding coil elements in the plurality of coil element assemblies can be configured to include different coil patterns.
  • the first layer (Layer 1), the third layer (Layer 3), and the sixth layer (Layer 6) have different coil patterns, respectively, and the second layer (Layer 2) and The fourth layer (Layer 4) has the same coil pattern, and the third layer (Layer 3) and the fifth layer (Layer 5) have the same coil pattern.
  • (B) and (C) six layers of coil element assemblies were laminated, joined so that corresponding coil elements in each layer were aligned, and the coil elements were connected to form one coil. It shows the state.
  • the height (H) of the central conductor layer constituting the coil element is different in height at the connecting portion of each layer as shown in FIG. ing.
  • the height (H) is 100 ⁇ m in the normal coil element pattern, but the height (H) is 150 ⁇ m in the connection portion between the layers.
  • the upper core of the magnetic body having the protruding portion 604 penetrating the central portion of the coil as shown in FIG. Using 600 and the lower core 602, the electrode lead-out portion 606 is exposed to the outside to seal the coil.
  • the upper core 600 and the lower core 602 are attached so as to avoid the gate 504 for pattern reinforcement shown in FIG.
  • the upper core 600 and the lower core 602 are cut along the dicing line 608 in a subsequent dicing process.
  • an insulating material 612 is filled from a gap (not shown) between the upper core 600 and the lower core 602, and the coil is fixed.
  • the laminated coil element assemblies are cut using a cutter 700 in units of coils.
  • (A) shows a coil element assembly
  • (B) shows one coil component
  • the electrode lead-out portion 606 is formed as a part of the first layer (Layer 1).
  • the external electrode 610 is attached to the electrode lead-out portion 606 by a method such as a solder dipping method, and soldering is performed as a pretreatment for subsequent soldering to complete the coil component 3000. .

Abstract

　取出し後のコイル素子パターンの使用に障害の無いコイル素子の製造方法を提供する。転写金型を用いてコイル素子を製造する方法であって、表面に反転コイル素子パターンが刻印され、少なくとも表面部が金属からなる転写金型を準備するステップと、転写金型の全面に、第１の電気めっきにより反転コイル素子パターンが刻印されている領域の厚さを越える厚さの中心導体膜を形成するステップと、中心導体膜を表面から所定の厚さだけ研磨又は研削により除去し、中心導体膜の表面を平坦化するステップと、平坦化された中心導体膜を転写金型から剥離するステップと、剥離された中心導体膜のコイル素子パターンが形成されている側の表面全面に保護膜を被着させるステップと、中心導体膜の平坦化された側から中心導体膜を保護膜に到達するまでエッチングして除去するステップと、保護膜を除去し中心導体膜を取出すステップと、を有する。

Description

コイル素子の製造方法
　本発明はコイル素子の製造方法に係り、特に、転写用金型を用いて剥離・転写されるコイル素子のめっき高さを揃えることの出来る、コイル素子の製造方法に関する。
　近年のスマートフォンやタブレット端末などのモバイル機器の多機能化に伴い、小型で高い定格電流を扱うことの出来るコイル部品（インダクタ）の必要性が高まっている。
　このようなコイル部品の製造方法として転写用金型を用いるものが知られている。特許文献１には、電気鋳造（電気めっきともいう）による電子部品の製造方法が記載されている。この方法ではまず、マスター金型からマザー金型を作製し、次にマザー金型の表面にニッケル電鋳法により転写用サン金型を作製する。そして、マザー金型から、この転写用サン金型を剥離し、このサン金型をワーク金型として使用し、部品の製造が行なわれる。
特開２００８－０４９６１４号公報
　転写用金型を用いてコイル素子を作製するに際し、コイル素子の電極取出し部ではコイルパターンの高さ（Ｈ）を他の部分よりも高くし、上層のコイル素子に接続して多層接続されたコイル部品を作製することが必要となる場合がある。その場合、転写用金型内に刻印されるコイル素子のパターンの深さを電極取出し部で部分的に深くしておく必要がある。
　しかし、このように異なる深さを持ったコイル素子パターンに電気鋳造により銅（Ｃｕ）などの金属を電着させると、その深さに応じて電着された金属の表面にも凹凸が残り、コイル素子パターンの転写に支障が生ずる。
　本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、電気鋳造後の導体膜を表面から所定の厚さだけ研磨又は研削により除去することにより、導体膜表面の凹凸を無くし、取出し後のコイル素子パターンの使用に障害の無いコイル素子の製造方法を提供することを目的とする。
　本発明の手段は、転写金型を用いてコイル素子を製造する方法であって、表面に反転コイル素子パターンが刻印され、少なくとも表面部が金属からなる転写金型を準備するステップと、前記転写金型の全面に、第１の電気めっきにより前記反転コイル素子パターンが刻印されている領域の厚さを越える厚さの中心導体膜を形成するステップと、前記中心導体膜を表面から所定の厚さだけ研磨又は研削により除去し、前記中心導体膜の表面を平坦化するステップと、平坦化された前記中心導体膜を前記転写金型から剥離するステップと、剥離された前記中心導体膜のコイル素子パターンが形成されている側の表面全面に保護膜を被着させるステップと、前記中心導体膜の平坦化された側から前記中心導体膜を前記保護膜に到達するまでエッチングして除去するステップと、前記保護膜を除去し前記中心導体膜を取出すステップと、を有することを特徴とする。
　本発明の手段において、取出された前記中心導体膜を下地として第２の電気めっきにより前記中心導体膜を被覆する表面導体膜を形成し、前記中心導体膜と前記表面導体膜とからなるコイル素子を形成するステップを更に有することを特徴とする方法。また、前記転写金型の前記表面部はＮｉで、Ｎｉの表面にＮｉＯが形成されていることを特徴とする。
　本発明の手段において、前記保護膜がＳｉＯ２、ＳＯＧ又はレジストであることを特徴とする。
　また、前記保護膜をＣＶＤ又はスパッタにより形成することを特徴とする。
　さらに、前記中心導体膜の前記エッチングは、塩化第二鉄溶液を用いて行われることを特徴とする。
　本発明によれば、平坦化された面から異なる厚さを持ったコイル素子パターンを形成することができるため、多層接続されたコイル部品の作製が容易になるという利点がある。
本発明によるコイル素子の作製工程を示す図。 転写金型基板を用いて作製されたコイル素子集合体の平面図。 複数枚のコイル素子集合体を積層した状態を示す図。 複数枚のコイル素子集合体を積層し、各層のコイル素子同士を接続してコイルを形成する説明図。 上部コアと下部コアとを用いてコイルを密閉した状態を示す図。 コイル内に絶縁物質を充填した状態を示す図。 積層されたコイル素子集合体を、コイル単位で切断するダイシングを示す図。 電極引出し部に外部電極を取り付けコイル部品を形成する工程を示す図。
　以下、添付図面に従って、本発明を詳細に説明する。
　図１は、本発明によるコイル素子の作製工程を示す図である。
　まず、図１ａに示すように、表面に反転コイル素子パターン１０２ａ、１０２ｂが刻印されたニッケル（Ｎｉ）などで作製された金属性転写金型１００を準備する。なお、金属性転写金型１００は、少なくとも表面部が金属性であれば足り、全体が金属性である必要はない。なお、転写金型１００の表面部がＮｉである場合には表面を酸化してＮｉＯを形成しておくと後続の工程での中心導体膜剥離が容易となる。また、反転コイル素子パターン１０２ａ、１０２ｂは異なる深さの部分があっても良い。
　次いで、転写金型１００の全面に、銅（Ｃｕ）などの電気めっきにより、反転コイル素子パターン１０２ａ、１０２ｂが刻印されている領域の厚さを越える厚さに中心導体膜１０４を形成する。この時、中心導体膜１０４の表面には反転コイル素子パターン１０２ａ、１０２ｂの深さに応じた凹凸がそのまま反映される。
　その後、図１ｂに示すように、中心導体膜１０４を表面から所定の厚さだけ研磨又は研削により除去し、表面に存在する凹凸を無くして平坦化する。これにより表面が平坦化した中心導体膜１０６が形成される。次いで、図１ｃに示すように表面が平坦化した中心導体膜１０６を転写金型１００から剥離する。
　そして、剥離された中心導体膜１０６のコイル素子パターン１０２ａ、１０２ｂが形成されている側の表面全面に図１ｄに示すように、保護膜１０８を被着させる。
　保護膜１０８としては、ＳｉＯ２、ＳＯＧ又はレジストを使用することができ、ＣＶＤ又はスパッタ等の方法により成膜しても良い。
　ついで図１ｅに示すように、中心導体膜１０６を平坦化された側から保護膜１０８に到達するまでエッチングして除去する。この中心導体膜１０６のエッチングは塩化第２鉄溶液を用いて行なうと良い。次いで、図１ｆに示すように、保護膜１０８を除去し、中心導体膜１０６ａ、１０６ｂを取出す。
　このようにして、取出された中心導体膜１０６ａ、１０６ｂは異なる厚さを有するコイル素子として使用される。なお、中心導体膜１０６ａ、１０６ｂ間の間隔を狭めて高密度化して使用する場合には、図１ｇに示すように、中心導体膜１０６ａ、１０６ｂを下地として電気めっきにより、中心導体膜１０６ａ、１０６ｂを太らせる表面導体膜１１０ａ、１１０ｂを形成しても良い。
　以上の説明では、一個の転写金型に着眼して、一個のコイル素子を作製する場合を説明したが、複数のコイル素子を有するコイル素子集合体を一括して作製する場合には、それぞれに反転コイル素子パターンが食刻された複数の転写金型を備えた転写金型基板を用いて、同様に作製することができる。
　次に、このように作製されたコイル素子集合体を用いてコイル部品を作製する方法について説明する。後述するように、コイル部品はコイル素子集合体を複数枚積層して作製される。
　そこで、各層のコイル素子同士を接合して接続するために、予めコイル素子の周囲に接合膜を形成しておく必要がある。
　図２は、転写金型基板を用いて作製されたコイル素子集合体１０００の平面図である。このコイル素子集合体１０００を作製するための転写金型基板も、この形状と同一の形状となっている。複数のコイル素子５００ｍ，ｎ（ｍ，ｎ＝１，２…）の導体パターンを補強するため、リブ５０２、ゲート５０４、ランナ５０６が設けられている。また、リブ５０２の４隅には孔５０８が設けられ、この孔５０８を貫通するピン５１０を用いて、複数枚のコイル素子集合体１０００各層に形成されたコイル素子５００ｍ，ｎの導体パターンの位置合わせを行う。
　図３に示すように複数枚のコイル素子集合体１０００－１、１０００－２、…１０００－Ｎを、ピン５１０を介して、各コイル素子集合体中の対応するコイル素子同士が整合するように積層し、加熱及び／又は加熱して互いに接合し、各層のコイル素子同士を接続してコイルを形成する。加熱及び／又は加熱することで、結合膜を構成する錫めっきが溶融し、はんだとして作用して各層のコイル素子同士が接合される。
　図４は、複数枚のコイル素子集合体を積層し、各層のコイル素子同士を接続してコイルを形成することを説明する図である。図４に示す実施例では、６層のコイル素子集合体を積層して、各層中のコイル素子同士を接続して、１個のコイルを作製する場合を示している。複数枚のコイル素子集合体中の対応するコイル素子同士は互いに異なるコイルパターンを含むように構成することができる。
　図４に示す例では、第１層（Ｌａｙｅｒ １）、第３層（Ｌａｙｅｒ ３）、及び第６層（Ｌａｙｅｒ ６）はそれぞれ相異なるコイルパターンとなっており、第２層（Ｌａｙｅｒ ２）と第４層（Ｌａｙｅｒ ４）とは同一コイルパターン及び第３層（Ｌａｙｅｒ ３）と第５層（Ｌａｙｅｒ５）とはそれぞれ同一コイルパターンとなっている。（Ｂ）、（Ｃ）は、６層のコイル素子集合体を積層し、各層中の対応するコイル素子同士が整合するように接合し、コイル素子同士を接続して１個のコイルを形成した状態を示したものである。
　なお、本発明におけるコイル素子の作製においては、コイル素子を構成する中心導体層の高さ（Ｈ）は図４（Ａ）に示すように各層の接続部においては高さの異なるものを使用している。（Ａ）に示す例では、通常のコイル素子のパターンにおいては高さ（Ｈ）は１００μｍであるが、層間の接続部分においては、高さ（Ｈ）は１５０μｍとなっている。
　以上のようにして、各層のコイル素子同士を接続してコイルを形成した後は、図５に示すように、いずれか一方にコイルの中心部を貫通する突起部６０４を有する磁性体の上部コア６００と下部コア６０２とを用いて電極引出し部６０６を外部に露出させてコイルを密閉する。この際、上部コア６００と下部コア６０２とは図２に示すパターン補強のためのゲート５０４をかわすように取り付ける。なお、上部コア６００と下部コア６０２とは後続のダイシング工程でダイシングライン６０８に沿って切断される。次いで、図６に示すように上部コア６００と下部コア６０２との隙間（図示せず）から絶縁物質６１２を充填し、コイルを固定する。
　次いで、図７に示すように積層されたコイル素子集合体をコイル単位でカッター７００を用いて切断する。（Ａ）はコイル素子集合体を、（Ｂ）は１個のコイル部品を示すもので、電極引出し部６０６は、第１層（Ｌａｙｅｒ １）の一部として形成されている。
　最後に、図８に示すように、電極引出し部６０６にはんだディップ法などの方法により、外部電極６１０を取付け、その後のはんだ付けのための前処理としてはんだ上げを行い、コイル部品３０００を完成する。
　　　１００：転写金型
　　　１０２ａ、１０２ｂ：反転コイル素子パターン
　　　１０４：中心導体膜
　　　１０６：剥離された中心導体膜
　　　１０８：保護膜
　　　１１０ａ、１１０ｂ：表面導体膜

Claims (6)

  1. 　転写金型を用いてコイル素子を製造する方法であって、
    　表面に反転コイル素子パターンが刻印され、少なくとも表面部が金属からなる転写金型を準備するステップと、
    　前記転写金型の全面に、第１の電気めっきにより前記反転コイル素子パターンが刻印されている領域の厚さを越える厚さの中心導体膜を形成するステップと、
    　前記中心導体膜を表面から所定の厚さだけ研磨又は研削により除去し、前記中心導体膜の表面を平坦化するステップと、
    　平坦化された前記中心導体膜を前記転写金型から剥離するステップと、
    　剥離された前記中心導体膜のコイル素子パターンが形成されている側の表面全面に保護膜を被着させるステップと、
    　前記中心導体膜の平坦化された側から前記中心導体膜を前記保護膜に到達するまでエッチングして除去するステップと、
    　前記保護膜を除去し前記中心導体膜を取出すステップと、を有することを特徴とする方法。
  2. 　請求項１に記載の方法において、
    　取出された前記中心導体膜を下地として第２の電気めっきにより前記中心導体膜を被覆する表面導体膜を形成し、前記中心導体膜と前記表面導体膜とからなるコイル素子を形成するステップを更に有することを特徴とする方法。
  3. 　請求項１に記載の方法において、
    　前記転写金型の前記表面部はＮｉで、Ｎｉの表面にＮｉＯが形成されていることを特徴とする方法。
  4. 　請求項１に記載の方法において、
    　前記保護膜がＳｉＯ２、ＳＯＧ又はレジストであることを特徴とする方法。
  5. 　請求項１に記載の方法において、
    　前記保護膜をＣＶＤ又はスパッタにより形成することを特徴とする方法。
  6. 　請求項１に記載の方法において、
    　前記中心導体膜の前記エッチングは、塩化第二鉄溶液を用いて行われることを特徴とする方法。
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