CN1292443C - 线圈线路板及其制造方法以及表面安装型线圈元件 - Google Patents
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Abstract
提供一种具有电感大、电阻小的线圈导体、能够以较少的工序制造出来的线圈线路板以及表面安装型线圈元件。具有，由磁心(2)和磁心(5)对合而成的、具有在两端封闭的外壳部以及中央凸部的磁心结构体(1)，在中央部位具有通孔(12)的绝缘板(11)的正反面上形成有螺旋状线圈导体(20)的、正反面的螺旋状线圈导体(20)通过正反面连接部彼此相连接的线圈线路板(10)，以及，与所说线圈导体(12)相连接的外部电极；在所说中央凸部插入所说通孔(12)内的状态下，所说线圈线路板(10)位于所说磁心结构体(1)的内侧，所说磁心(2)、(5)在所说中央凸部的部分上具有气隙。
Description
技术领域
本发明涉及广泛应用于民用设备、工业用设备等电气产品中的线圈(コイル)线路板以及表面安装型线圈元件，更具体地说，涉及一种利用印刷线路板电路技术、半导体电路配线技术能够以较少的工序并且以较低成本进行制造的、特别是适合于在10kHz至20MHz的频率范围内使用的线圈线路板以及表面安装型线圈元件。
背景技术
过去，这种表面安装型线圈元件，被广泛应用于民用设备、工业用设备等电气产品中。其中的小型便携式设备，随着功能的充实，为了对各种器件进行驱动需要从单一电源获得多种电压，而表面安装型线圈元件也被应用于这种电源中。要将其应用于这些小型便携式设备中，需要在电气绝缘性能和可靠性、超小型化、低成本化方面满足要求，人们对此非常重视，为此，曾提出利用印刷线路板电路技术、半导体电路技术的平面线圈结构方案。
例如，可列举出以下专利文献1～专利文献6。
[专利文献1]特开平7-142254号公报
[专利文献2]特开平11-26239号公报
[专利文献3]特开平9-153406号公报
[专利文献4]特开平11-204361号公报
[专利文献5]特开2002-353056号公报
[专利文献6]特开2002-203732号公报
按照这些技术构成的线圈，是利用印刷线路板电路技术、半导体电路技术在绝缘性线路板上形成线圈图案而成的，与以往的绕线式结构相比，特别是在小型化方面，具有电气性能和成品尺寸的离散性小、通过大批量生产可实现低成本等优点。
但是，要使线圈元件进一步小型化、薄型化，需要使线圈导体高集成化(高密度化)，而按照现有的线圈结构，其高集成化受到限制。例如，专利文献4的现有技术存在着如下问题。
即，首先形成基底导体层(晶种层)图案，然后，通过腐蚀将抗蚀剂和基底导体层去除而形成断面形状呈蘑菇状的图案的，但是，无论导体部的间隙的高宽比为何，当其宽度为20μm以下时，抗蚀剂和基底导体层的去除便变得困难。而且，对基底导体层进行腐蚀时，会使电路线条变细、电路线条根部变细，因而会出现直流电阻增大、因密接强度降低而导致图案从底板上剥离等问题。
此外，在线圈导体中有大电流流通的电源中使用时，要在铁氧体等磁心上设置气隙，而气隙要满足精度高、不存在离散性等要求。
发明内容
本发明，是针对上述问题而提出的，其第1目的是，解决上述问题，提供一种具有电感大、电阻小的线圈导体、能够以较少的工序制造出来的线圈线路板以及表面安装型线圈元件。
本发明的第2目的是，提供一种具有由小型、高精度且能够低成本制造的磁心组合而成的、内部具有高精度的气隙且外部为封闭磁路结构的磁心结构体的、电感大而离散性小、电阻小的表面安装型线圈元件。
对于本发明的其它目的以及新的特征通过后述的实施形式进行说明。
为实现上述目的，本申请方案1的发明提供一种线圈线路板，该线圈线路板在绝缘板的至少一个面上形成有高宽比为0.2至5的线圈导体，其中，所述线圈导体具有由电镀层构成的导体部，并且除了引出端电极部和正反面连接部之外，相邻的所述导体部之间的间隙在15μm以下。
本申请方案2的发明涉及的线圈线路板是如方案1的线圈线路板，其特征是，所述绝缘板在中央部位具有通孔，所述线圈导体在所述通孔的周围的所述绝缘板的正反面上呈螺旋状形成，所述绝缘板正反面的线圈导体通过正反面连接部彼此相连接。
本申请方案3的发明所涉及的线圈线路板是如方案1或方案2的线圈线路板，其特征是，所述绝缘板是使玻璃纤维布浸含树脂而成。
本申请方案4的发明所涉及的线圈线路板是如方案1或方案2的线圈线路板，其特征是，线圈导体的直流电阻为0.01～10欧姆。
本申请方案5的发明涉及一种表面安装型线圈元件，其特征是，它具有：由第1磁心和第2磁心对合而成的、具有在两端封闭的外壳部以及中央凸部的磁心结构体；线圈线路板，该线圈线路板具有中央部位有通孔的绝缘板，该线圈线路板还具有形成于该绝缘板的正反面上、通过该通孔彼此相连接并且高宽比为0.2至5的螺旋状线圈导体，所述线圈导体具有由电镀层构成的导体部，除了引出端电极部和正反面连接部之外，相邻的所述导体部之间的间隙在15μm以下；与所述螺旋状线圈导体相连接的外部电极；在所述中央凸部插入所述通孔内的状态下，所述线圈线路板位于所述磁心结构体的内侧，所述第1磁心和第2磁心在所述中央凸部的部分上具有气隙。
本申请方案6的发明所涉及的表面安装型线圈元件是如方案5的表面安装型线圈元件，其特征是，所述第1铁氧体磁心具有中央凸部，所述第2铁氧体磁心在两端具有外端凸部，该外端凸部的前端面与所述第1铁氧体磁心对合。
本申请方案7的发明所涉及的表面安装型线圈元件是如方案5的表面安装型线圈元件，其特征是，所述气隙为0.1～100μm。
本申请方案8的发明涉及一种线圈线路板的制造方法，其特征是，包括以下工序：在绝缘板的至少一个面上形成基底导体层；在该基底导体层上形成抗蚀剂层图案；以呈图案形式形成的抗蚀剂层作为掩膜，在该基底导体层露出的部位有选择地形成线圈导体层；将形成有所述线圈导体层的部位以外的抗蚀剂层以及基底导体层去除；通过电镀法使所述线圈导体层一直生长，直到相邻导体之间的间隙达到15μm以下，所述线圈导体层的线圈导体具有0.2至5的高宽比。
附图说明
图1示出本发明所涉及的线圈线路板以及表面安装型线圈元件的实施形式，是对中央部位以剖视方式加以展示的、外部端子电极形成之前的立体图。
图2示出本发明的实施形式，是对端部结构加以展示的、外部端子电极形成之前的立体图。
图3示出本发明的实施形式，是对外部端子电极形成之后的外观进行展示的立体图。
图4是实施形式中所采用的磁心结构体的分解立体图。
图5是实施形式中所采用的线圈线路板的俯视图。
图6是上述线圈线路板的制造工序图。
具体实施方式
下面，对本发明所涉及的线圈线路板以及表面安装型线圈元件的实施形式结合附图进行说明。
图1至图3示出本发明所涉及的线圈线路板以及表面安装型线圈元件的实施形式，图4示出实施形式中所采用的磁心结构体，图5示出线圈线路板，图6示出在线圈线路板上形成线圈导体的制造工序。
在上述附图中，表面安装型线圈元件，具有：磁心结构体1；设置在其内部的线圈线路板10；以及，形成于线圈线路板10的两个面上的、线圈导体20的引出端与之相连接的外部端子电极40。如图3所示，外部端子电极40分别形成于磁心结构体1的两端，其断面呈コ字形。
如图4所示，所述磁心结构体1，由作为磁心的T型铁氧体磁心2和コ字形型铁氧体磁心5构成。T型铁氧体磁心2是在平板部3的中央部位形成有中央凸部(方柱形凸部)4而成，コ字形铁氧体磁心5是在平板部6的两端形成有外端凸部7而成，通过使コ字形铁氧体磁心5的外端凸部7的前端面与T型铁氧体磁心2的平板部3对合，构成实质上成为封闭磁路的外壳部(平板部3、6以及外端凸部7)，并且中央凸部4位于外壳部的内部。
在这里，通过使中央凸部4稍短于外端凸部7，可在中央凸部4的前端面与平板部6之间形成微小的气隙8。该气隙8是为了防止线圈线路板10的线圈导体20中流动的电流导致铁氧体磁心2、5磁饱和，由于磁心结构体1具有超小型的外形尺寸(单边为数mm以下的长方体形状)，因此，气隙8最好设定为0.1～100μm，尤以0.1～50μm为佳。要使气隙8小于0.1μm，从磁心加工精度上来说难以做到，而如果超过100μm，则气隙过大，线圈电感将减小。
所述T型铁氧体磁心2和コ字形铁氧体磁心5，是对既定厚度的铁氧体板材，以采用金刚石砂轮等砂轮的切片机进行磨削加工，留出中央凸部4或外端凸部7而将不需要的部分的厚度磨薄而形成的。
用来制造所述铁氧体磁心2、5的铁氧体板材含有，至少包括氧化铁和氧化镍的主成分，由氧化铋、氧化钒、氧化磷和氧化硼之中的一种或两种以上组成的添加物，由氧化硅组成的第1副成分，以及，由氧化镁、氧化钙、氧化钡和氧化锶之中的一种或两种以上组成的第2副成分；相对于主成分，添加物的比例为0.5～15重量％，第1副成分和第2副成分的比例各自为0.1～10.0重量％。下面示出最佳主成分之组成(重量％)的一个例子。
Fe2O3：66％
CuO：3％
ZnO：20％
NiO：11％
所述线圈线路板10，是在中央部位具有通孔12的绝缘板11的正反面形成螺旋状的线圈导体20而成，通过形成于通孔12的周边部的正反面连接部15(例如连接孔)，所述绝缘板正反面的线圈导体20(图5中反面线圈导体的回旋方向与正面的相同)是彼此相连接的。正面和反面的线圈导体20，分别与绝缘板的一端和另一端的引出端电极部21连接。
所述线圈导体20是按照图6的步骤进行制造的。首先，如图6(A)所示，通过非电解镀在绝缘板11的正反面形成基底导体层(晶种层)30，在其上面通过电沉积形成光敏抗蚀剂31的膜层，再采用光刻法，形成与线圈导体的电路图案相对应的选择性镀用抗蚀剂掩膜。之后，以光敏抗蚀剂31为镀掩膜，在基底导体层30应露出的部位采用选择性电镀(电解)法经电沉积形成线圈导体用电镀层32。但在图6(A)的工序中，线圈导体用电镀层32的厚度尚薄。
其次，如图6(B)所示，在将上述作为镀掩膜的光敏抗蚀剂31去除后，通过腐蚀将形成有线圈导体用电镀层32以外的部分的基底导体层30去除。
之后，如图6(C)所示，在无选择性镀掩膜的情况下，采用电镀法使线圈导体用电镀层32通过电沉积进一步增长。由此，可使电镀层32高密度增长，直到得到由电镀层32构成的具有足够厚度的导体部、相邻导体部之间的间隙G达到15μm以下为止。
随着线圈导体用电镀层32形成的结束而在绝缘板11的两面形成线圈导体20后，如图6(D)所示，通过印刷在绝缘板11的正反面形成保护树脂层(阻焊层)33，以保护树脂层33将线圈导体20覆盖以对其进行保护，至此，线圈线路板10的制造完成。
该线圈线路板10，其两面具有一直到线圈导体用电镀层32的相邻导体部之间的间隙G达到15μm以下为止使电镀层32高密度增长而形成的线圈导体20，而且还能够将线圈导体20的高宽比(导体部的高度/宽度)设计为0.2～5这一较高的程度，因此，直流电阻可低到0.01～10欧姆的程度，可应用于线圈导体20的电流较大的电源用线圈元件中。要将直流电阻设计得低于0.01欧姆，对于小型线圈元件来说是困难的，如果大于10欧姆，线圈导体20的电流产生的热量将成为问题。此外，若高宽比小于0.2，线圈导体20的直流电阻将较大，而如果高宽比大于5，则电镀时间将延长，会出现线圈导体20的形状的离散性增大等问题，因而是所不希望的。
在如上所述制造出线圈线路板10后，如图1所示，将T型铁氧体磁心2的中央凸部4插进线圈线路板10的通孔12中，使得线圈线路板10位于T型铁氧体磁心2与コ字形铁氧体磁心5的内侧，在T型铁氧体磁心2与コ字形铁氧体磁心5对合的状态下用环氧树脂等粘接剂35将它们粘接成一体而成为磁心结构体1。
之后，如图3所示地形成一对外部端子电极40，使得该外部端子电极40将包括图2的线圈线路板10的引出端电极部21的露出部分在内的磁心结构体1的两端呈コ字形围起来。外部端子电极40这样进行制造，即，以掩膜溅射方式依次形成Cr、Cu导体层后，以滚镀方式按照Cu、Ni、Sn的顺序形成电镀层。由此，便可得到已与所述引出端电极部21连接(换言之已与线圈导体20连接)的外部端子电极40。
在图6的工序中，为了使绝缘板11较薄而具有足够的强度，最好是采用玻璃纤维布浸含BT树脂、聚酰亚胺树脂、环氧树脂、芳族聚酰胺树脂等树脂而成的材料。此外，为了避免产生较大的寄生电容，上述树脂应选用介电常数为7以下的。作为上述绝缘板11，也可以使用陶瓷，但采用陶瓷时也同样，为避免产生较大寄生电容，也应选择介电常数为7以下的。
此外，从导电率、成本方面而言，基底导体层30的金属材料采用Cu、而且线圈导体用电镀层32的金属材料也采用Cu是适宜的，但也可以采用Ag或Ni。
外部端子电极40，也可以通过涂布Ag或Cu等导电涂膏并对其进行固化处理而形成。
在以高精度切片机对铁氧体板材进行磨削加工而制造两端具有封闭的外壳部和中央凸部的磁心结构体的场合，为了通过批量化生产而降低成本，最好是，采用T型铁氧体磁心2与コ字形铁氧体磁心5组合的实施形式所述的封闭磁路结构，但该磁心结构体并不限定于该封闭磁路结构。
根据该第1实施形式，可得到如下效果。
(1)线圈线路板10的线圈导体20，是通过电镀在绝缘板11的两面形成电路图案的，可使线圈导体20高密度形成(相邻导体部之间的间隙G可达到15μm以下)，因此，可减小线圈导体20的直流电阻。其结果，能够低成本形成具有优异的电气可靠性的高高宽比的线圈导体20。
(2)磁心结构体1的T型铁氧体磁心2和コ字形铁氧体磁心5，可通过对具有既定厚度的铁氧体板材，以采用金刚石砂轮等砂轮的高精度切片机进行磨削加工，留出中央凸部4或外端凸部7而将不需要部分的厚度磨薄而制造出来，将上述磁心组合起来，便能够得到高精度且成品之间的离散性较小的气隙8和封闭磁路结构。
(3)能够以低成本工艺制造出具有高精度成品尺寸的小型、低矮型表面安装型线圈元件，线圈导体20的电阻小并且磁心结构体1具有高精度的气隙8，因此，非常适合作为10kHz～20MHz的电源用线圈元件(例如升压用线圈元件)使用。
[实施例]
下面，对本发明所涉及的线圈线路板以及表面安装型线圈元件结合实施例进行详细说明。
对于加工有连接孔和中央凸部插入用通孔的厚度为60μm的玻璃纤维布板(玻璃纤维布浸含BT树脂而成的板材)，在其上下面上通过非电解镀形成厚度为0.1～1μm的Cu膜作为基底导体层。其次，形成感光性电沉积抗蚀剂膜并采用光刻法在玻璃纤维布板的两面形成将成为线圈导体的螺旋状图案，以不大于15A/dm2的电流进行大约20分钟电镀，形成高35μm、宽35μm的Cu导体图案。将选择性镀用抗蚀剂掩膜剥去后，对基底导体层进行腐蚀，以既定的电流曲线进行第二次电镀，形成高75μm、宽65μm的Cu导体图案。对该表面的Cu进行黑化处理，在其表面涂敷阻焊油墨制造出排列有螺旋状图案的线圈导体的半成品晶片(线圈线路板的集合体)。进而，将组装到铁氧体板材上时所不需要的部分用高精度切片机切成狭缝状。
其次，使用金刚石砂轮，以高精度切片机在厚0.77mm的一个铁氧体板材上形成将成为T型铁氧体磁心的凸形形状，在另一个铁氧体板材上形成将成为コ字形铁氧体磁心的凹形形状。
对于具有上述经过加工而成的螺旋状图案的线圈导体的线圈线路板的集合体以及T型和コ字形铁氧体磁心的集合体，使用环氧树脂类粘接剂在150℃氛围下通过加压进行粘接。将粘接后的线路板的T型铁氧体磁心后背部分，以高精度切片机磨平使之厚度达到0.77mm，之后，以切割器制成一个一个的片状元件。
此后，为了形成作为用于连接电路的用户端子的外部端子电极，进行滚筒研磨后，对端子面的Cu(引出端电极部)利用湿式和干式两种处理方法进行清洗，并采用掩膜溅射法连续形成Cr膜和Cu膜。对其进行Cu、Ni、Sn的滚镀，从而制造出成品尺寸为长3mm×宽2.6mm×高0.8mm的表面安装型线圈元件。
以同样的方法，能够制造出成品尺寸为长4mm×宽4mm×高1mm的表面安装型线圈元件。
以上就本发明的实施形式和实施例进行了说明，但本发明并不限定于此，在权利要求记载的范围内可以有各种变型和改动，这一点对于本专业技术人员是不言而喻的。
如以上所述明的，根据本发明，能够提供一种具有电感大、电阻小的线圈导体的、能够以较少的工序制造出来的线圈线路板以及表面安装型线圈元件。
此外，通过使用，由小型、高精度且能够低成本制造的磁心组合而成的、内部具有高精度气隙并且外部为封闭磁路结构的磁心结构体，可减小电感的离散性、进一步增大电感。
Claims (8)
1.线圈线路板，该线圈线路板在绝缘板的至少一个面上形成有高宽比为0.2至5的线圈导体，其中，所述线圈导体具有由电镀层构成的导体部，并且除了引出端电极部和正反面连接部之外，相邻的所述导体部之间的间隙在15μm以下。
2.如权利要求1所述的线圈线路板，其特征是，在所述绝缘板的中央部位具有通孔，所述线圈导体在所述通孔的周围的绝缘板正反面上呈螺旋状形成，所述绝缘板正反面的线圈导体通过所述通孔彼此相连接。
3.如权利要求1所述的线圈线路板，其特征是，所述绝缘板是使玻璃纤维布浸含树脂而成。
4.如权利要求1所述的线圈线路板，其特征是，所述线圈导体的直流电阻为0.01～10欧姆。
5.表面安装型线圈元件，其特征是，它具有：
由第1磁心和第2磁心对合而成的、具有在两端封闭的外壳部以及中央凸部的磁心结构体；
线圈线路板，该线圈线路板具有中央部位有通孔的绝缘板，该线圈线路板还具有形成于该绝缘板的正反面上、通过该通孔彼此相连接并且高宽比为0.2至5的螺旋状线圈导体，所述线圈导体具有由电镀层构成的导体部，除了引出端电极部和正反面连接部之外，相邻的所述导体部之间的间隙在15μm以下；
与所述螺旋状线圈导体相连接的外部电极；
在所述中央凸部插入所述通孔内的状态下，所述线圈线路板位于所述磁心结构体的内侧，所述第1磁心和第2磁心在所述中央凸部的部分上具有气隙。
6.如权利要求5所述的表面安装型线圈元件，其特征是，第1磁心具有中央凸部，第2磁心在端部具有外侧凸部，外侧凸部的前端与第1磁心对合。
7.如权利要求5所述的表面安装型线圈元件，其特征是，所述气隙为0.1～100μm。
8.线圈线路板的制造方法，其特征是，包括以下工序：
在绝缘板的至少一个面上形成基底导体层，
在该基底导体层上形成抗蚀剂层图案，
以呈图案形式形成的抗蚀剂层作为掩膜，在该基底导体层露出的部位有选择地形成线圈导体层，
将形成有所述线圈导体层的部位以外的抗蚀剂层以及基底导体层去除，
通过电镀法使所述线圈导体层一直生长，直到相邻导体之间的间隙达到15μm以下，所述线圈导体层的线圈导体具有0.2至5的高宽比。
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