JP2004047817A - 積層フェライト基板，薄型コイル部品及びそれを使用した回路装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部品の高信頼性を維持するとともに、生産性に優れた貼り合わせ構造の薄型コイル部品を提供する。
【解決手段】コイル部品１０は、絶縁基板１８にコイルパターン２０，２２を形成したコイル層１６の両面を、接着層１４を介して積層フェライト基板１２，３０で挟み込んだ構造となっており、プレス成形された集合基板１１を単体コイルに分割し、その端面に外部電極３２を設けて得られる。積層フェライト基板１２，３０としては、グリーンシート法で作製された複数のフェライトグリーンシートを積層圧着した後に焼結したものを利用する。このような積層フェライト基板１２，３０は、強度・平坦性の面で優れており、コイル部品の信頼性を損なうことがない。更に、接着層１４を介してコイル層１６に一括して積層圧着することができるため、生産性にも優れている。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、積層フェライト基板，薄型コイル部品（薄型コイル，薄型トランス，その他の薄型磁気素子を含む）及びそれを使用した回路装置に関するものであり、更に具体的には、生産性の改善に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
従来、チョークコイルとしては、フェライトボビンに絶縁被覆Ｃｕ線等の線材を巻いた巻線タイプ，フェライトグリーンシート上にコイルパターンとなるＡｇなどの厚膜導体材料ペーストを印刷し、これらを積層した後に同時焼成した積層コイル型などが用いられてきた。これらはいずれも、所望のインダクタンスを得ようとするとコイル部品の厚みが増してしまうため、薄型化が要求されるマイクロ電源ユニットなどに好適とはいえない。
【０００３】
これに対し、特開平８−２０３７３７号公報では、図５（Ａ）に示すように、絶縁体層とコイルパターンとを厚み方向に積層した積層体の上下に、フェライト板などの磁性体基板を設けた構造のコイル部品が提案されており、前記コイルパターンが少なくとも２個のコイルを構成していることを特徴としている。図示の例では、絶縁体層１０６，１０８，１１０，１１２とコイルパターン１１４，１１６が積層された積層体１２０の上下に磁性体基板１０２及び１０４が設けられている。しかしながら、このような構造の場合、フェライト基板もしくは基板上に形成された絶縁体層上に薄膜プロセスを用いてコイルパターンを形成する都合上、磁性体基板の平坦性が要求される。このため、一般的なバルクのフェライト焼結体を使用するのは困難であり、焼結体ブロックをスライス加工して利用する方法がとられている。
【０００４】
ところが、機械加工を施すことにより、磁性体基板表面にマイクロクラック（図３（Ａ）参照）が発生し、基板強度が低下するという問題が生じる。マイクロクラックについては、スライス加工後、ラップ処理を行うことで除去可能であるが、ラップ加工の効率が低いことに加え、製造工程が増えることにより、生産性が大幅に低下してしまう。
【０００５】
このため、磁性体基板としてフェライトのバルク基板を使用するタイプでは、部品の信頼性を維持しながら薄型化を実現するのは困難であるとして、特開２００１−２８４１２５公報に、フェライト層として、印刷法又はグリーンシート法で成膜されたフェライト磁性層を使用することが提案されている。図５（Ｂ）にはその分解斜視図が示されており、その＃Ｂ−＃Ｂ線に沿って切断した断面が同図（Ｃ）に示されている。図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）に示す平面磁気素子２００は、第１のフェライト層２０２の上に第１の平面コイル２０６が形成されており、該平面コイル２０６の周回するパターン間隙及び外側にはフェライト磁性体２０８が配設されている。そして、第１の平面コイル２０６上に、絶縁層としてポリイミド樹脂層２１０，２１４が設けられており、その中に第１の平面コイル２０６の端子２１８からの引出電極２１２が形成されている。ポリイミド樹脂層２１４の上には、第２の平面コイル２１６，第２のフェライト層２０４が順に形成されており、端子２２８の上に孔２２０を通って第２の平面コイル２１６の引出電極２２２が形成されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した特開２００１−２８４１２５公報の技術では、フェライト磁性層を印刷法やグリーンシート法で成膜する際に、フェライト磁性粉をバインダーに混合させたペーストが用いられており、成膜後は、バインダーを固化させる方法と焼成する方法が開示されている。バインダーを固化させる方法では、薄い磁性層を形成することが可能であるが、磁性基板中に非磁性の有機物を含むため、磁性基板の比透磁率が低下し、その結果、素子自体のインダクタンスが低下するという問題がある。
【０００７】
また、成膜後に焼成を行う方法の場合は、ベース基板上にフェライト磁性層を印刷して焼成を行い、その後、プリント配線基板などの分野で用いられているアディティブ法で磁性層の上面にコイルパターンを形成する。そして、更に、絶縁用のポリイミド層を形成後、同様に第２のコイルパターンを形成する。このような方法の場合、ベース基板となるフェライト層は焼成可能であるが、コイル面の上面に配置されるフェライト層は、絶縁層として有機物を用いることから焼成することができず、素子のインダクタンスを十分に向上させることができない。
【０００８】
更に、従来、この種の薄型のコイル部品は、回路基板に実装して使われる形態であるが、コイル部品自体が回路部品を搭載することができれば、小型・薄型の回路装置を少ない工程数で提供でき、好都合である。
【０００９】
この発明は、以上の点に着目したもので、その目的は、インダクタンス値や部品の信頼性を損なうことなく、生産性に優れた積層フェライト基板，薄型コイル部品及びそれを利用した回路装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明は、グリーンシート法によって作成した複数のフェライトグリーンシートを積層した積層フェライト基板であって、前記複数のフェライトグリーンシートを、積層圧着後に焼成したことを特徴とする。主要な実施形態の一つは、前記フェライトグリーンシートの積層体の外層表面に表面模様を形成したことを特徴とする。
【００１１】
他の発明は、絶縁性基板の両面にコイルパターンが形成された平面コイルを、両面から磁性体板で挟み込む構造を有するとともに、貼り合わせ成形した集合体を単体コイルに分割して得られる薄型コイル部品において、前記磁性体板として、前記いずれかの積層フェライト基板を使用したことを特徴とする。
【００１２】
更に他の発明は、前記薄型コイル部品の表面に、回路部品を搭載するための配線基板を貼り合わせたことを特徴とする。本発明の前記及び他の目的，特徴，利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。
【００１３】
【発明の実施の形態】
＜実施形態１＞……以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。最初に、図１を参照して、本発明の実施形態１の構成について説明する。図１（Ａ）は、部品の外観であり、同図（Ｂ）は製造時における積層構造を示す分解斜視図である。また、前記（Ａ）を＃Ａ−＃Ａ線に沿って切断した断面を矢印方向に見た状態が、同図（Ｃ）に示されている。
【００１４】
図１に示すように、本実施形態のコイル部品１０は、絶縁基板１８の両面にスパイラル状のコイルパターン２０，２２が形成されたコイル層１６を、接着層（ないし接着性樹脂）１４を介して上下から平板状の積層フェライト基板１２及び３０で挟み込んだ薄型の貼り合わせ構造となっている。このようなコイル部品１０は、コイルパターンを複数個取りに配列した集合基板１１を、単体コイルに分割して得られるものである。
【００１５】
前記コイルパターン２０及び２２は、絶縁基板１８の略中央部のスルーホール２８により、表裏の導体が中心側の端部で接続されている。また、前記コイルパターン２２の外周側端部には、分割端面に設けられる外部電極３２と接続するための引出電極２２Ａが形成されており、その裏面には引出用の補助電極（図示せず）が形成されている。これら引出電極２２Ａ及び補助電極には、適宜位置にスルーホール２８が形成されており、該スルーホール２８により上下の電極が電気的に接続されている。
【００１６】
一方、他方のコイルパターン２０の外周側端部にも、前記引出電極２２Ａと対向する側に、もう一方の外部電極３２と接続するための引出電極が形成されている。該引出電極は、その裏面に形成された補助電極とスルーホール（いずれも図示せず）により接続されている。更に、前記絶縁基板１８の略中央部及び４隅には、開口部２４及び２６が形成されており、これら開口部内において上下の接着層１４が接着され、コイル層１６と接着層１４の接合性が向上する。
【００１７】
前記絶縁基板１８としては、例えば、両面プリント基板を用いる。また、コイルパターン２０及び２２としては、例えば、銅箔などが利用され、フェライト基板１２及び３０としては、例えば、厚さ３０〜７０μｍ前後のフェライトグリーンシートを積層圧着し焼成した積層フェライト基板が利用される。接着層１４としては、例えばエポキシ樹脂などの熱硬化性の接着樹脂シートが利用される。また、接着層１４は、磁性体粉を含有するものであってもよい。
【００１８】
次に、以上のような構成のコイル部品１０の製造方法の一例を説明する。まず、フェライト粉体材料として、例えば、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト材料を使用し、積層セラミック電子部品で適用される公知の方法によって、厚さ約４０μｍのフェライトグリーンシートを作製し、これを所定の大きさに切断してフェライトグリーンシートを得る。該フェライトグリーンシートを４〜１２枚用いて積層圧着し、脱バインダー処理後、９００℃〜１０００℃で焼成して積層フェライト基板１２及び３０を得る。得られた積層フェライト基板１２及び３０の厚さは、例えば、１００〜３００μｍである。また、得られた積層フェライト基板の平坦度をＪＩＳ　Ｂ０６１０に基づいて「ろ波最大うねり」として求めたところ、基準長さ８０ｍｍのときのろ波最大うねりは３５μｍ以下、基準長さ２．５ｍｍのときのろ波最大うねりは５μｍ以下であり、いずれも、スライス加工する前の従来のバルクのフェライト焼結体のろ波最大うねりに比較して大幅に低減されている。
【００１９】
なお、フェライトグリーンシートを積層圧着するときに、外層のフェライトグリーンシートの表面に金型等により模様付けを行うようにしてもよい。図２には、金型の表面に形成された模様の一例として梨地模様が示されている。このように、フェライトグリーンシート積層体の外層表面に、表面模様を設けることにより、絶縁基板１８（ないしコイル層１６）との接着強度を増すことができる。
【００２０】
次に、通常のプリント配線の手法を用いて、ガラス繊維入りエポキシ樹脂基板を絶縁基板１８とした両面Ｃｕ張り基板の上下面に、コイルパターン２０及び２２を形成する。コイルパターン２０及び２２の形成方法としてはどのような手法であってもよく、例えば、公知のサブトラクト法，アディティブ法などを用いることができる。具体的には、絶縁基板１８として３０〜１００μｍの厚さのプリプレグを利用した両面Ｃｕ張り基板等を用い、該絶縁基板１８にドリル加工，打抜きプレス加工等によりスルーホール用貫通孔，開口部２４及び２６を形成し、前記スルーホール用貫通孔の内壁に無電解メッキを施してスルーホール２８を形成する。次に、絶縁基板１８の銅箔表面にレジスト塗布，パターン露光，エッチング処理を順次行ってコイルパターン２０及び２２を形成する。コイルパターン２０及び２２の形成後、上述した工程で作成した積層フェライト基板１２及び３０とコイル層１６（ないし絶縁基板１８）を、接着性樹脂シートによる接着層１４を介して真空又は減圧状態で一括して熱圧着し、接着層１４を硬化させて平面コイルの集合基板１１を形成する。
【００２１】
前記接着層１４としては、例えば、ポリイミド樹脂，エポキシ樹脂，アクリル樹脂などを用いることができる。また、接着性樹脂単体で用いることもできるが、接着性を低下させない範囲で、接着樹脂中にフェライト粉体を含有させておくことが望ましい。フェライト粉体を含有させることにより、前記開口部２４及び２６内の磁性体粉と、上下の積層フェライト基板１２，３０の間に磁路が形成され、全体として閉磁路が形成されると考えることができる。このため、部品外部への磁束の漏れを抑制することが可能となる。更に、接着時の使用方法としては、接着性樹脂シートを予め形成しておくようにしてもよいし、コイル層１６の両面もしくは積層フェライト基板１２，３０に塗布するようにしてもよい。
【００２２】
そして、前記集合基板１１をダイサーカットして単体コイルに分割する。分割された単体コイルの端面には、コイルパターン２０及び２２から引き出される引出電極２２Ａや図示しない補助電極が露出するので、この部分に接続用の外部電極３２を形成する。外部電極としては、例えば、スパッタによるドライメッキ電極，導電樹脂による樹脂電極などがある。
【００２３】
図３は、フェライト基板の表面状態をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）にて拡大して観察した図である。同図（Ａ）には、背景技術のフェライト焼結体ブロックをスライス加工した表面を拡大したもの（約１０００倍）が比較例として示されている。また、同図（Ｂ）及び（Ｃ）には、上述した本実施形態のフェライトグリーンシートを積層圧着後に焼成した積層フェライト基板の表面状態が、それぞれ約１０００倍，約５０００倍に拡大して示されている。同図（Ａ）に示す比較例では、スライス加工により表面が荒れており、一部に剥離が見られる。これに対して、同図（Ｂ）及び（Ｃ）に示す本実施形態の積層フェライト基板は、その表面が自由焼成面となっているため、マイクロクラックなどの瑕疵は観察されず、平坦性の高い表面を有していることが分かる。
【００２４】
このように、本実施形態によれば、次のような効果が得られる。
（１）グリーンシート法で作製した複数のフェライトグリーンシートを積層圧着した後に焼成することとしたので、機械加工品などに含まれるマイクロクラックなどが生じることなく、表面が平坦でかつ膜厚の薄い、弾力性に富んだ積層フェライト基板を得ることができる。また、該積層フェライト基板を利用することにより、コイル部品の性能低下や強度の低下を防止することができる。
（２）前記積層フェライト基板の平坦度が高く、プレスするときに圧力が一定にかかるため、コイル層との一括圧着が可能となり、基板上に薄膜などの手法を用いて導体層を逐次形成していく方法に比べて、工程を簡略化できる。また、積層フェライト基板をコイル層の上下面に配置することが可能であるので、コイル部品のインダクタンス値の増大を図ることもできるとともに、平坦性が高いため、貼り合わせ後の傾きが少なく、上下の非対称が解消されてコイル部品全体として薄くすることができる。
（３）フェライトグリーンシートの積層圧着時に、フェライトグリーンシート積層体の外層の表面に表面模様を形成することとしたので、焼成後にフェライト基板の表面処理の加工を行わずに接着強度を高めることができる。
【００２５】
＜実施形態２＞……次に、図４を参照して、本発明の実施形態２について説明する。本実施形態は、上述した実施形態のコイル部品１０の主面に、回路部品搭載用の配線基板を一体化したチップ部品サイズの回路装置を示すものである。なお、上述した実施形態と同一又は対応する構成要素には、同一の符号を用いることとする。
【００２６】
同図に示すように、本実施形態の回路装置５０は、積層フェライト基板１２，接着層１４，両面にコイルパターン２０（図示せず）及び２２（図示せず）が形成されておりコイル層１６（図示せず）を構成する絶縁基板１８，接着層１４，積層フェライト基板３０を貼り合わせてなる薄型のコイル部品５２の積層フェライト基板３０上に、回路部品を搭載するための配線基板５６を、熱硬化性接着剤による接着層５４を介してプレス成形して貼り合わせた構造となっている。本実施形態の場合は、コイル層１６，接着層１４，積層フェライト基板１２及び３０とともに、接着層５４を介して配線基板５６を一括圧着する。
【００２７】
配線基板５６としては、配線パターン，絶縁層，部品ランドなどを有する多層プリント基板などが用いられる。該配線基板５６には、例えば、ＩＣ６２やコンデンサ６０などのチップ状電子部品や、チップ状リード端子６４などが、半田などの接合材（図示せず）を用いて実装される。このような回路装置５０の端面には、接続電極５８が設けられており、これによってコイル部品５２の引出電極と配線基板５６の配線パターンとの電気的接続が行われる。なお、コイル部品５２の基本的構造は、上述した実施形態１のコイル部品１０と同様である。
【００２８】
このように、本実施形態によれば、内部コイルの表面の平坦性が高いため、回路部品を搭載するための配線基板を一括して積層して接合することができ、生産性に優れるとともに、回路装置の小型化を図ることもできる。
【００２９】
＜他の実施形態＞……本発明には数多くの実施形態があり、以上の開示に基づいて多様に改変することが可能である。例えば、前記形態で示した材料や形状・寸法は一例であり、同様の作用を奏するように設計変更可能である。フェライトグリーンシートの積層数，電極の引出構造，積層フェライト基板の外層の表面模様などもそれぞれ設計変更可能である。例えば、前記形態では、磁性粉体材料として、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト材料を用いることとしたが、これに限定されることなく、必要とされるコイル部品の特性にあわせて適宜選定することができる。更に、本発明の薄型コイル部品は、薄型コイル，薄型トランス，その他の薄型磁気素子を含み、これらのいずれに対しても適用可能である。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、複数のフェライトグリーンシートを積層圧着した後に焼結して得た強度・平坦性が高い積層フェライト基板を薄型コイル部品に利用することとした。このため、接着層を介しての一括積層が可能となり、部品の信頼性を損なうことなく、生産性に優れた薄型のコイル部品を得ることができる。更に、前記薄型コイル部品の表面に回路装置を搭載するための基板を設けるときも、一括で積層することができるため、小型・薄型の回路装置を、少ない工程数で作業性よく生産することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１を示す図であり、同図（Ａ）は部品の外観図，（Ｂ）は製造時の分解斜視図，（Ｃ）は、前記（Ａ）を＃Ａ−＃Ａ線に沿って切断した断面図である。
【図２】前記形態のフェライト基板の圧着積層金型の表面形状を示す図である。
【図３】フェライト基板の表面状態を示す拡大図であり、同図（Ａ）は、従来製法によりフェライト焼結体ブロックをスライス加工した表面を示す図、（Ｂ）及び（Ｃ）は、前記形態の積層フェライト基板の表面を示す図である。
【図４】本発明の実施形態２の外観を示す斜視図である。
【図５】背景技術を示す図である。
【符号の説明】
１０…コイル部品
１１…集合基板
１２…積層フェライト基板
１４…接着層
１６…コイル層
１８…絶縁基板
２０，２２…コイルパターン
２２Ａ…引出電極
２４，２６…開口部
２８…スルーホール
３０…積層フェライト基板
３２…外部電極
５０…回路装置
５２…コイル部品
５４…接着層
５６…配線基板
５８…接続電極
６０…コンデンサ
６２…ＩＣ
６４…チップ状リード端子

Claims (4)

1. グリーンシート法によって作成した複数のフェライトグリーンシートを積層した積層フェライト基板であって、
   前記複数のフェライトグリーンシートを、積層圧着後に焼成したことを特徴とする積層フェライト基板。
2. 前記フェライトグリーンシートの積層体の外層表面に表面模様を形成したことを特徴とする請求項１記載の積層フェライト基板。
3. 絶縁性基板の両面にコイルパターンが形成された平面コイルを、両面から磁性体板で挟み込む構造を有するとともに、貼り合わせ成形した集合体を単体コイルに分割して得られる薄型コイル部品において、
   前記磁性体板として、請求項１又は２記載の積層フェライト基板を使用したことを特徴とする薄型コイル部品。
4. 請求項３記載の薄型コイル部品の表面に、回路部品を搭載するための配線基板を貼り合わせたことを特徴とする回路装置。

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