JP2002134320A

JP2002134320A - 高信頼性高ｑ高周波コイル

Info

Publication number: JP2002134320A
Application number: JP2000324323A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kajino; 隆楫野; Minoru Takatani; 稔高谷
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2000-10-24
Filing date: 2000-10-24
Publication date: 2002-05-10

Abstract

(57)【要約】【課題】高信頼性で、特に耐熱性に優れた、高いＱを
有する高信頼性高Ｑ高周波コイルを提供する。【解決手段】アルミナ等の強度がある耐熱性セラミッ
クの絶縁基板１上にエポキシ樹脂等の比誘電率が５以下
の有機材料からなるバッファー層２を形成し、さらに該
バッファー層２上に第１導体層１１、第１有機絶縁層１
２、第２導体層１３を順次積層形成し、第１導体層１１
と第２導体層１３とを第１有機絶縁層１２のビアホール
１４を介して相互に接続し、全体として基板両側縁の端
子電極２５同士を接続するヘリカルパターンのコイル導
体２０を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、絶縁基板上に導体
層と絶縁層を交互に積層してなる高周波コイルに係り、
高信頼性で、特に耐熱性に優れた、高いＱを有する高信
頼性高Ｑ高周波コイルに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の高周波コイルは下記の２種類に大
別できる。低誘電率、高Ｑ有機絶縁基板上に低誘電率、高Ｑ有
機絶縁層を介して導体を積層形成するもの。非磁性セラミック材料を絶縁層として用い、導体に
銀ペーストの焼結体を使用したいわゆる積層コイル（例
えば、特公平３−２２９４０７号公報記載の技術）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記の構
成は、Ｑ特性は良好であるが樹脂基板であるために耐熱
性に劣る。

【０００４】また、前記の構成は、耐熱性は前記の
構成に比して良好であるが、金属とセラミックという線
膨張率の異なる材料を高温で焼成しているために熱ひず
みが大きく割れやすい。また、コイル導体に焼成時の溶
剤のガス抜けに起因すると考えられる多数のボイドが存
在し導体表面に大きな凹凸が発生するために、高周波で
は電流路の長さが伸びて抵抗が増大するので、Ｑ値が前
記の構成に比較して低下する。

【０００５】本発明は、上記の点に鑑み、高信頼性で、
特に耐熱性に優れた、高いＱを有する高信頼性高Ｑ高周
波コイルを提供することを目的とする。

【０００６】本発明のその他の目的や新規な特徴は後述
の実施の形態において明らかにする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本願請求項１の発明に係る高信頼性高Ｑ高周波コイ
ルは、絶縁基板上に導体層と絶縁層とを交互に積層して
なり、前記絶縁基板をセラミックで、前記絶縁層を有機
材料でそれぞれ構成するとともに、前記導体層でヘリカ
ルパターンのコイル導体を構成したことを特徴としてい
る。

【０００８】本願請求項２の発明に係る高信頼性高Ｑ高
周波コイルは、請求項１において、前記絶縁基板と前記
導体層との間に、比誘電率が５以下の有機材料のバッフ
ァー層を有することを特徴としている。

【０００９】本願請求項３の発明に係る高信頼性高Ｑ高
周波コイルは、請求項２において、前記絶縁層又は前記
バッファー層の少なくともどちらか一方のＱが１００以
上であることを特徴としている。

【００１０】本願請求項４の発明に係る高信頼性高Ｑ高
周波コイルは、請求項１，２又は３において、前記絶縁
層の比誘電率が４以下であることを特徴としている。

【００１１】本願請求項５の発明に係る高信頼性高Ｑ高
周波コイルは、請求項２又は３において、前記絶縁層又
は前記バッファー層の少なくともどちらか一方がビニル
ベンジルであることを特徴としている。

【００１２】本願請求項６の発明に係る高信頼性高Ｑ高
周波コイルは、請求項１，２，３，４又は５において、
前記コイル導体のアスペクト比が０.３以上であること
を特徴としている。

【００１３】本願請求項７の発明に係る高信頼性高Ｑ高
周波コイルは、請求項１，２，３，４，５又は６におい
て、前記コイル導体が銅であることを特徴としている。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る高信頼性高Ｑ
高周波コイルの実施の形態を図面に従って説明する。

【００１５】図１及び図２で本発明に係る高信頼性高Ｑ
高周波コイルの第１の実施の形態を説明する。図１
（Ａ）はアルミナ等の強度がある耐熱性セラミックの絶
縁基板１上にエポキシ樹脂等の比誘電率が５以下（より
好ましくは４以下）の有機材料からなるバッファー層２
を形成し、さらに該バッファー層２上に形成された第１
導体層１１を示す。図１（Ｂ）はその上に積層形成され
た第１有機絶縁層１２を、同図（Ｃ）はその上に形成さ
れた第２導体層１３をそれぞれ示すものであり、第１導
体層１１と第２導体層１３とは第１有機絶縁層１２のビ
アホール１４を介して相互に接続され、全体として基板
両側縁の端子電極２５同士を接続するヘリカルパターン
（ヘリカル巻き）のコイル導体２０を構成している。

【００１６】第１及び第２導体層１１，１３の作製は、
例えば、パネルめっきとエッチングによる方法、あるい
はパターンめっき法によって行うことができる。

【００１７】パネルめっきとエッチングによる方法で
は、絶縁基板１上にバッファー層２を設けた後、その上
に厚さが５μｍ以下のめっき下地層を形成し、その後、
めっき下地層の面に電解めっきを施し、その上にコイル
導体部を覆う形でレジストパターンを形成し、不要な部
分をエッチング法で除去してコイル導体層を形成する
（サブトラクティブ工法）。上層のコイル導体層も層間
の有機絶縁層上に同様の工程で作製できる。

【００１８】また、パターンめっき法の場合、図２
（Ａ）のように、絶縁基板１上にバッファー層２を形成
し、その表面を粗化した後に銅等の金属の無電解めっき
で５μｍ以下のめっき下地層３０を形成し、その上に感
光性（光硬化性）のドライフィルム３１を貼り付け、平
行露光機で図１（Ａ）の第１導体層１１のパターンを形
成し、図２（Ｂ）のように第１導体層１１のパターンの
部分のドライフィルム３１を除去した所に銅等の金属の
電気めっきにより十分な膜厚のめっき層３２を形成す
る。その後、図２（Ｃ）のようにドライフィルム３１を
剥離し、さらにめっき層３２で覆われていない線間のめ
っき下地層３０をエッチングで除去することで、下層の
第１導体層１１が形成される。

【００１９】上層の第２導体層１３の形成は、図２
（Ｄ）のように層間絶縁層としての第１有機絶縁層１２
を第１導体層１１を覆うように形成し、ビアホール１４
をフォトリソグラフィー法又はレーザ加工法により形成
後、第１導体層１１の形成の場合と同様の工程を繰り返
すことで図２（Ｅ）のように第１有機絶縁層１２にあけ
られたビアホール１４で第１導体層１１に接続した第２
導体層１３が得られる。

【００２０】パターンめっき法により各導体層１１，１
３を作製できることで、従来のセラミック積層法で導体
ペーストを焼結したときの導体層のボイドの発生はな
く、各導体層１１，１３の表面は滑らかなものとなる。

【００２１】強度、耐熱性の良好なアルミナ等のセラミ
ック絶縁基板１の場合、誘電率は一般的に有機絶縁基板
より高くなるので、導体層と基板１の間に低誘電率有機
層としてのバッファー層２を設けている。バッファー層
２及び層間絶縁膜となる有機絶縁層１２の材質には浮遊
容量を減少させるために誘電率の小さいものが好まし
い。また誘電損失を減らす為にＱの大きいものが好まし
い。具体的にはバッファー層２の比誘電率は５以下（よ
り好ましくは４以下）、有機絶縁層１２の比誘電率は４
以下で、Ｑはそれぞれ１００以上あることがとくに望ま
しい。前記バッファー層２の比誘電率が５を超えると浮
遊容量の発生が顕著になり、バッファー層を設ける意義
が薄れる。また、有機絶縁層１２の比誘電率が４を超え
ても浮遊容量の発生が顕著になり、層間絶縁層を有機材
料とする意義が薄れる。バッファー層２及び有機絶縁層
１２のＱが１００未満の場合、誘電損失が増加して高周
波コイル全体のＱも低下してしまうため、望ましくな
い。

【００２２】前記バッファー層２及び有機絶縁層１２の
材料は使用周波数、目標のＱ値、コストを考慮して例え
ば以下の表１より選択すればよい。この中でも、有機
材、つまり絶縁樹脂のビニルベンジルは誘電率、Ｑ、コ
ストのバランスが良く、好ましい材料である。

【００２３】表１品種名比誘電率Ｑフッ素樹脂２.１１００００ポリエチレン２.２５０００ＰＰＯ２.５１２００ビニルベンジル２.５２６０シアネートエステル２.７１０００ポリエーテルイミド３６７０ポリイミド３.６２００エポキシ４.３７０ＢＴレジン２.５５００ポリオレフィン２.６２０００ポリフマレート２.６２５０ポリアリレート２.６２２０

【００２４】前記バッファー層２及び有機絶縁層１２に
は、機械的強度の向上の為に芯材を用いることが出来
る。芯材には以下の表２のようにＤガラスクロス、Ｅガ
ラスクロス、ケブラークロス等を用いることが出来る。
一般的に誘電率の低く、低損失の材料ほど高価である
が、コストの許す限り、誘電率の低い材料を使用するこ
とが好ましい。

【００２５】表２クロス品種比誘電率Ｄガラスクロス７.２Ｅガラスクロス４.７ケブラークロス２.５

【００２６】前記バッファー層２及び有機絶縁層１２に
は、可撓性のある樹脂を用いることがいっそう好まし
い。コイル導体と樹脂の熱膨張率は大きく異なってお
り、可撓性の乏しい樹脂を用いるとヒートサイクル等の
信頼性試験によりクラックが生じる等の不具合が発生す
るおそれがある。具体的に可撓性の尺度を挙げると、樹
脂の伸び率が３％以上、エリクセン値が３mm以上等が挙
げられる。

【００２７】前記バッファー層２及び有機絶縁層１２の
材質はコイル導体２０と反応しないものであることが好
ましい。たとえばコイル導体が銅である場合、ポリイミ
ドをバッファー層又は絶縁層に使用すると銅表面が青緑
色に変色し、いわゆる緑青を生成するので好ましくな
い。また、適度の耐熱性を有するものが好ましい。たと
えばＴｇ（ガラス転移点）が低い場合、高温での信頼性
に影響を及ぼし、好ましくない。例えば、ポリアミド樹
脂はＴｇが５０℃程度であり好ましくない。

【００２８】コイル導体２０、つまり第１及び第２導体
層１１，１３の材質は比抵抗が低く、加工性及び形成性
が良好であり、しかも安価であることが好ましい。材料
の候補として、銀、銅、アルミ、金等が挙げられるが、
上記の３点を考慮すると銅が最も好ましい。

【００２９】コイル導体２０のアスペクト比は出来るだ
け大きく、具体的にはアスペクト比が０.３以上である
ことが好ましい。アスペクト比を上げることにより、導
体の渦電流損失を増やすことなく電流路の断面積を増加
することが出来る。またインダクタンス値はほとんど変
わらないので、Ｑを効率良く上げることが出来る。アス
ペクト比が０.３未満では、電流路の断面積の増加はわ
ずかにとどまりＱの改善効果はあまり期待できない。

【００３０】コイル導体の幅を増やした場合は、電流路
の断面積は増加するものの、磁界と鎖交する導体上部の
面積が増え、またインダクタンス値が減少するので好ま
しくない。

【００３１】コイル導体２０の表面を滑らかにするの
は、高周波領域のＱを向上させるための基本的な事項で
ある。これを実現するにはコイル導体の形成方法を、電
解めっき、好ましくは光沢電解めっきを用いた工法、さ
らには蒸着、スパッタリング等の薄膜工法、あるいはこ
れらの工法を組み合わせたものが挙げられる。

【００３２】パネルめっき及びエッチングによる方法、
つまり絶縁基板又は絶縁層上にめっき下地層を形成し、
その後に電解めっきを施し、その後にサブトラクティブ
法でコイルを形成する工法によると、コイル導体の上面
が滑らかに形成出来、好ましい。また電解めっきに光沢
めっきを用いると、表面の凹凸がさらに滑らか（鏡面状
態）になり好ましい。エッチング方法はウエットでもド
ライでも良いが、前者の場合は導体側部に大きな凹凸が
出来ることが多く好ましくない。ドライエッチングでパ
ターニングを行う場合は比較的導体側部は滑らかになる
が、量産性に乏しい。

【００３３】図２で説明したパターンめっき法、つまり
バッファー層又は絶縁層上にめっき下地層を形成し、そ
の上にコイル導体部が開口部になっているレジストパタ
ーンを形成し、電解めっきを施し、レジスト剥離後に全
面をエッチング除去し、不要なめっき下地層を除去して
コイル導体を作製すると、コイル導体の３面が滑らかに
なり好ましい。ここで電解めっきを光沢めっきにする
と、表面の凹凸がさらに減少してさらに好ましい。また
コイル導体をハイアスペクトに形成する場合、前記のサ
ブトラクティブ工法ではコイル導体のアスペクト比は最
大０.２程度が限度であるが、本工法ではアスペクト比
０.３以上とすることができ、例えばアスペクト比１程
度のコイル導体が容易に形成可能となる。

【００３４】さらに、前記めっき下地層形成に無電界め
っき工法を採用し、全面のエッチングをウエット法で行
うと量産性が高くなり、好ましい。

【００３５】なお、前記めっき下地層の形成は、スパッ
タリング、蒸着、イオンプレーティング等の薄膜ドライ
工法、無電解めっき等の湿式工法があげられる。このな
かでも無電解めっき工法は量産性に優れ好ましい。この
無電解めっきの場合は、下地表面を粗化する必要がある
が、本例では下地が樹脂（バッファ層）であるので、研
磨等の物理的手法もしくは、過マンガン酸カリウム等に
よる化学的手法で容易に粗化でき好ましい。

【００３６】前記全面のエッチングはドライエッチン
グ、ウエットエッチングの両方が可能であるが、後者は
量産性に優れ好ましい。

【００３７】コイル導体表面の凹凸は使用周波数範囲の
上限でのスキンデプスより小さいことが最も好ましい
が、これを越える値になっても、凹凸を小さくすること
により実効抵抗は減少し、Ｑは大きくなる。とくに、コ
イル導体の少なくとも一面の凹凸が、使用周波数（例え
ば１ＧＨｚ）のスキンデプスの３倍以下であることが望
ましく、セラミック積層工法との対比を考えると表面の
凹凸は５μｍ以下であることがとくに好ましい。また、
コイル導体表面は４面の全てが滑らかであることが最も
好ましいが、すくなくとも１面の全てが滑らかであれば
Ｑの向上に有効である。

【００３８】なお、セラミック積層工法でコイル導体を
作製すると表面及び内部に多数のボイドが形成されるこ
とになって好ましくない。

【００３９】この第１の実施の形態によれば、次の通り
の効果を得ることができる。

【００４０】(1) 強度、耐熱性の良好なアルミナ等の
セラミック基板を絶縁基板１として用いることで、信頼
性、とくに耐熱性を向上させることが可能である。

【００４１】(2) その場合、セラミック基板の誘電率
は一般的に有機基板より高くなるので、導体層と基板１
の間に低誘電率の有機層であるバッファー層２を設け、
かつ層間絶縁層も低誘電率の有機層とすることによっ
て、浮遊容量の発生を抑制して周波数特性を改善するこ
とができる。

【００４２】(3) ハイアスペクトのコイル導体２０を
有機絶縁層を介してヘリカル巻に構成することで、高周
波での電流路の断面積を増やすとともに、磁束と鎖交す
るコイル導体の面積を少なくして高Ｑにすることができ
る。ヘリカル巻きにするとスパイラルの場合に比べて同
じインダクタンスを得るのに短い導体ですむのでジュー
ル損失が減少するから、この点でもＱの改善に有効であ
る。

【００４３】(4) バッファー層２及び絶縁層１２とし
てＱ値の高い樹脂を選択すれば誘電損失を減じてさらに
Ｑを向上させる事が出来る。例えば、ビニルベンジル等
のようにＱが１００以上の材料を選択することが望まし
い。

【００４４】(5) 導体パターン形成方法をパネルめっ
き及びエッチングによる方法、又はパターンめっき法に
する。これによりコイル導体２０を構成する第１導体層
１１及び第２導体層１３の少なくとも一面の表面を滑ら
かに出来、これもＱの改善に役立つ。

【００４５】(6) 導体にＣｕを使うことで、安価な高
周波コイルを実現できる。Ｃｕは容易に入手可能であ
り、まためっき法等、量産性の良好な製造手段を用いる
ことができる。また、比抵抗も小さい。

【００４６】図３は本発明の第２の実施の形態を示し、
ヘリカルの巻数を３.５ターンとしたものである。図３
（Ａ）はアルミナ等の強度がある耐熱性セラミックの絶
縁基板１上にエポキシ樹脂等の比誘電率が５以下（より
好ましくは４以下）の有機材料からなるバッファー層２
を形成し、さらに該バッファー層２上に形成された第１
導体層４１を示す。図３（Ｂ）は第１有機絶縁層４２、
同図（Ｃ）は第２導体層４３、同図（Ｄ）は第２有機絶
縁層４４、同図（Ｅ）は第３導体層４５、同図（Ｆ）は
第３有機絶縁層４６、同図（Ｇ）は第４導体層４７、同
図（Ｈ）は第４有機絶縁層４８、同図（Ｉ）は第５導体
層４９である。各導体層は各有機絶縁層に形成されたビ
アホール５４を介し相互に接続されてコイル導体５０を
構成し、このコイル導体５０は基板両端縁の端子電極２
５間を接続している。各導体層の作製手順は第１の実施
の形態と同様である。

【００４７】この第２の実施の形態のように、多層の導
体層を用いてヘリカルパターンを構成することで、コイ
ル巻数を増してインダクタンスの増大を図ることができ
る。その他の作用効果は前述した第１の実施の形態と同
様である。

【００４８】

【実施例】以下、本発明に係る高信頼性高Ｑ高周波コイ
ルを実施例で詳述する。

【００４９】比誘電率１０で厚さ０.３mmのアルミナ基
板上に、比誘電率３.５のエポキシ樹脂で厚さ５０μｍ
のバッファー層を形成し、さらにその上に図１のような
パターンを作成した。第１及び第２導体層１１，１３の
コイル部の断面形状は高さ７０μｍ、幅９０μｍであ
り、層間絶縁層としての有機絶縁層１２の厚さはコイル
部導体間で４０μｍである。層間絶縁層の材質はバッフ
ァー層と同じである。第１及び第２導体層１１，１３を
接続するために層間絶縁層にあけられたビアホールの直
径は１００μｍである。これをダイサーで切り分け外形
寸法１.６×０.８mmの高周波コイルを作成した。この高
周波コイルの１ＧＨｚでのインダクタンスは２.８ｎＨ
で、Ｑ値は９０であった。

【００５０】以上本発明の実施の形態及び実施例につい
て説明してきたが、本発明はこれに限定されることなく
請求項の記載の範囲内において各種の変形、変更が可能
なことは当業者には自明であろう。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る高信
頼性高Ｑ高周波コイルによれば、強度、耐熱性の良好な
セラミック基板を用いることで、信頼性、とくに耐熱性
を向上させることが可能であり、絶縁層を低誘電率の有
機材料とすることで周波数特性を改善することができ
る。さらに、コイル導体をヘリカル巻きにすることで、
スパイラルの場合に比べてＱの改善を図り得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る高信頼性高Ｑ高周波コイルの第１
の実施の形態であって、導体層及び層間有機絶縁層を示
す平面図である。

【図２】第１の実施の形態の場合の製法の１例を示す説
明図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態であって、導体層及
び層間有機絶縁層を示す平面図である。

【符号の説明】

１セラミック絶縁基板２バッファー層２０，５０コイル導体１１，１３，４１，４３，４５，４７，４９導体層１２，４２，４４，４６，４８有機絶縁層１４，５４ビアホール２５端子電極３０めっき下地層３１ドライフィルム３２めっき層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁基板上に導体層と絶縁層とを交互に
積層してなる高周波コイルにおいて、前記絶縁基板をセ
ラミックで、前記絶縁層を有機材料でそれぞれ構成する
とともに、前記導体層でヘリカルパターンのコイル導体
を構成したことを特徴とする高信頼性高Ｑ高周波コイ
ル。
【請求項２】前記絶縁基板と前記導体層との間に、比
誘電率が５以下の有機材料のバッファー層を有する請求
項１記載の高信頼性高Ｑ高周波コイル。
【請求項３】前記絶縁層又は前記バッファー層の少な
くともどちらか一方のＱが１００以上である請求項２記
載の高信頼性高Ｑ高周波コイル。
【請求項４】前記絶縁層の比誘電率が４以下である請
求項１，２又は３記載の高信頼性高Ｑ高周波コイル。
【請求項５】前記絶縁層又は前記バッファー層の少な
くともどちらか一方がビニルベンジルである請求項２又
は３記載の高信頼性高Ｑ高周波コイル。
【請求項６】前記コイル導体のアスペクト比が０.３
以上である請求項１，２，３，４又は５記載の高信頼性
高Ｑ高周波コイル。
【請求項７】前記コイル導体が銅である請求項１，
２，３，４，５又は６記載の高信頼性高Ｑ高周波コイ
ル。