JP2005093547A - 高周波コイル及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 高周波コイル1を、積層体2と外部電極3,4とで構成する。積層体2は、磁性体基板5と磁性体層6との間に、コイル導体パターン7〜9と絶縁体層10,11とを交互に積層することで形成する。具体的には、コイル導体パターン7を磁性体基板5に接触させる共に、コイル導体パターン9を磁性体層6に接触させた構造とする。特に、コイル導体パターン7〜9と絶縁体層10,11とは、感光性導体ペースト,感光性絶縁ペーストをスクリーン印刷した後、フォトリソグラフィ法により形成し、磁性体層6は磁性体ペーストをスクリーン印刷して形成する。
【選択図】図1
Description
例えば、特許文献1に開示された高周波コイルは、コイル導体を、高透磁率の磁性体基板の上に形成し、このコイル導体の上に、磁性体を混入した樹脂を形成することで、コイル導体を磁性体基板とこの樹脂26とによって被覆する構成になっている。
しかし、この高周波コイルは、平面型コイルである。したがって、コイル導体の巻き数を一定面積中で一定数確保するためには、コイル導体の線幅を小さくするか、または、コイル導体の線間隔を狭くする必要がある。このため、コイル導体の厚さを大きくすることができず、高周波コイルの低直流抵抗化が困難であった。この問題は、特許文献2ないし特許文献4に開示されたコイルにおいても同様に生じる。
しかし、これらの技術では、各層のコイル導体部分を、スパッタ等の薄膜工法やセミアディティブ法で形成するため、コイル導体部分を厚くすることができず、また、厚くすることができても、多工数を要し、製造コストが高くなる問題があった。
例えば、特許文献6では、図23に示すように、高周波コイルとしてのコモンモードチョークコイル201を、磁性体基板202,203とこの磁性体基板202,203の間に挟まれた積層体214とで構成している。そして、積層体214を、磁性体基板202上にフォトリソグラフィ等で形成された絶縁体層204〜207と、コイル導体210,211と、引出し電極208,209,212,213とで構成している。
すなわち、最下位のコイル導体210を絶縁体層204を介して磁性体基板202上に積層すると共に、磁性体基板203を絶縁体層207を介して最上位のコイル導体211上に積層した構造であるので、最下位のコイル導体210の磁束が絶縁体層204から漏れ、最上位のコイル導体211の磁束が絶縁体層207から漏れてしまう。このため、コイル導体210,211に対する磁性体基板202,203の磁束収束効果が小さく、高周波コイルの高インダクタンス化が困難となっている。
また、特許文献7に開示された高周波コイルも同様の問題を有している。
かかる構成により、第1及び第2の外部電極を通じてコイル導体に対し高周波電流(電圧)を通電すると、磁界が複数のコイル導体の内側から外側にループするように生じるが、コイルの両端をなす第1及び第2のコイル導体が第1及び第2の磁性体層にそれぞれ接触しているので、磁界が第1及び第2のコイル導体と第1及び第2の磁性体層との間から漏れることなく、第1及び第2の磁性体層に収束される。このため、第1及び第2の磁性体層から流出または流入する磁界の磁束密度が、磁界の漏れが生じる従来のものに比べて高くなり、コイル自体のインダクタンス値も高くなる。
図1及び図2に示すように、この実施例の高周波コイル1は、積層体2と、積層体2の両側に取り付けられた外部電極3(第1の外部電極)及び外部電極4(第2の外部電極)とで構成されている。
コイル導体パターン7は、銀を素材とする厚さ40μmの単数巻きのパターンであり、その端部70が外部電極3側に延出して、その端面71が外部電極3に接続している。
絶縁体層10は、ガラスを素材とする厚さ30μmの層体であり、コイル導体パターン7を覆うように積層されている。また、この絶縁体層10には、図3及び図4に示すように、コイル導体パターン7の端部72を覗くビアホール10aが設けられている。
コイル導体パターン8は、その端部がこのビアホール10aに埋め込まれた状態で、絶縁体層10上に形成されている。このコイル導体パターン8も、コイル導体パターン7と同様に、銀を素材とする厚さ40μmの単数巻きのパターンであり、その端部80が絶縁体層10のビアホール10aを介してコイル導体パターン7の端部72に接続している。
絶縁体層11も、絶縁体層10と同様に、ガラスを素材とする厚さ30μmの層体であり、コイル導体パターン8を覆うように積層されている。この絶縁体層11にも、コイル導体パターン8の端部81を覗くビアホール11aが設けられており、第2のコイル導体であるコイル導体パターン9が、その端部をこのビアホール11aに埋め込んだ状態で、絶縁体層11上に形成されている。
このコイル導体パターン9も、コイル導体パターン7,8と同様に、銀を素材とする厚さ40μmの単数巻きのパターンであり、その端部90が絶縁体層11のビアホール11aを介してコイル導体パターン8の端部81に接続している。また、このコイル導体パターン9の端部91は、外部電極4側に延出しており、その端面92が外部電極4に接続している。
磁性体層6は、磁粉とガラスとを混合して形成した透磁率20で厚さ30μmの層体であり、コイル導体パターン9を覆うように積層されている。
また、図1及び図4に示すように、コイル導体パターン7,9の線路は、中間の他のコイル導体パターン8の線路よりも長く設定されており、しかも、全てのコイル導体パターン7〜9が、単数巻きに設定されている。
さらに、この実施例では、図5に示すように、各コイル導体パターン7(8,9)の線幅wを線厚tの2倍以上の値である80μmに設定すると共に、図6に示すように、線間隔dを線厚tの1倍以上の値である50μmに設定してある。
図7は、製造方法の第1工程を示す工程図であり、図8は、第2工程を示す工程図であり、図9は、第3工程を示す工程図であり、図10は、第4工程を示す工程図であり、図11は、最終工程を示す工程図である。
すなわち、同図(a)及び(b)に示すように、ヘラ100とスクリーン101とを用いて、銀の感光性導体ペースト7′を磁性体基板5上にスクリーン印刷する。しかる後、フォトリソグラフィ法により、コイル導体パターン7を磁性体基板5上に形成する。
具体的には、同図(c)に示すように、感光性導体ペースト7′の上にマスク102を配し、このマスク102を介して紫外線103を感光性導体ペースト7′上に照射する。そして、現像後、焼成することで、同図(d)に示すように、コイル導体パターン7を磁性体基板5上に形成する。
すなわち、図8(a)に示すように、ガラスの感光性絶縁ペースト10′を下層のコイル導体パターン7の上からスクリーン印刷する。しかる後、フォトリソグラフィ法により、絶縁体層10をコイル導体パターン7上に形成する。
具体的には、同図(b)に示すように、感光性絶縁ペースト10′の上にマスク102を配し、このマスク102を介して紫外線103を感光性絶縁ペースト10′上に照射する。そして、現像後、焼成することで、同図(c)に示すように、コイル導体パターン7の一方端部72を覗くビアホール10aを有した絶縁体層10を、コイル導体パターン7上に積層する。
すなわち、同図(a)に示すように、銀の感光性導体ペースト8′を絶縁体層10上にスクリーン印刷する。しかる後、同図(b)に示すように、感光性導体ペースト8′の上にマスク102を配し、このマスク102を介して紫外線103を感光性導体ペースト8′上に照射する。そして、現像後、焼成することで、同図(c)に示すように、他方端部80がビアホール10aを介してコイル導体パターン7の一方端部72と接続したコイル導体パターン8を、絶縁体層10上に形成する。
すなわち、同図(a)〜(f)に示すように、上記第2工程と第3工程との繰り返しによって最上位のコイル導体パターン9を形成し、同図(g)に示すように、このコイル導体パターン9上に、磁粉とガラスとが混合された磁性体ペースト6′をスクリーン印刷して、焼成することにより、磁性体層6を形成する。
上記第1〜第4工程を経て作成されたウエハ2′を同図(a)に示すように、レーザ110でダイシングして、同図(b)に示すような積層体2のチップに分割する。しかる後、同図(c)に示すように、積層体2のチップをバレル111に入れて、バレル111を回転させることで、バリ取りを行う。そして、積層体2の両端面部に銀ペーストを塗布した状態で、同図(d)に示すように、銅,ニッケル,錫などのメッキを行うことにより、同図(e)に示すように、積層体2の両端部に外部電極3,4を有した高周波コイル1を製造する。
図1〜図4に示したように、高周波コイル1は、磁性体基板5と磁性体層6との間に積層体2を配した構造になっているので、非磁性の部材間にコイル導体パターンを配したコイルと比べて、高インダスタンス化が可能であり、この結果、低直流抵抗化も可能となる。
この点を実証すべく、発明者等は次のような比較測定を行った。
比較例1の高周波コイルとして、アルミナ基板上に、この実施例と同様の積層加工を行い、最上位のコイル導体パターン上に非磁性層を形成したものを用いると共に、比較例2の高周波コイルとして、磁性体基板上に、この実施例と同様の積層加工を行い、最上位のコイル導体パターン上に非磁性層を形成したものを用いた。そして、これら比較例1,2とこの実施例の高周波コイル1との直流抵抗値を測定した。なお、比較例1,2の線幅を高周波コイル1の線幅と異ならしめて、比較例1,2及び高周波コイル1のインダクタンス値が同一になるように設定して測定した。
図12は、直流抵抗値の比較測定結果を示す表図である。
図12に示すように、比較測定の結果、この実施例の高周波コイル1では、その直流抵抗値が、比較例1,2の直流抵抗値よりも極めて小さいことが判明した。特に、磁性部材を使用していない比較例1の直流抵抗値に比べて、高周波コイル1の直流抵抗値は約2分の1であった。
これは、高周波コイル1が磁性体基板5及び磁性体層6という一対の磁性体を有していることによる効果であるが、さらに、この実施例の高周波コイル1では、かかる効果だけでなく、コイル導体パターン7を当該磁性体基板5に接触させ、コイル導体パターン9を磁性体層6に接触させたことによる効果が顕著に出ているものと解される。
同図(a)は、上述した特許文献6及び7の高周波コイルを模した断面図である。この高周波コイルの如く、磁性体基板5及び磁性体層6を有していたとしても、コイル導体パターン7と磁性体基板5の間、及びコイル導体パターン9と磁性体層6との間に絶縁体層12、13をそれぞれ有している場合には、一部の磁界Hが、絶縁体層12、13から漏れてしまう。これに対して、この実施例の高周波コイル1では、同図(b)に示すように、磁界Hの漏れがほとんど生ぜず、磁束密度が同図(a)のものに比べて非常に大きくなる。この結果、コイル導体パターン7〜9の線路長を同図(a)の高周波コイルの線路長よりも短くして、同一インダクタンス値を得ることができ、その分、高周波コイル1の直流抵抗値を低くすることができるのである。
特に、高周波コイル1では、図1及び図4に示したように、磁性体基板5,磁性体層6に直接接触しているコイル導体パターン7,9の線路を、中間の他のコイル導体パターン8の線路よりも長く設定しているので、短い線路でさらなる高インダクタンス化を図ることができ、直流抵抗値をさらに低下させることができる。
発明者等は、かかる点を知るべく、直流電流値に対するインダクタンス値との関係を、透磁率20の磁性体中にコイル導体パターンを形成した比較高周波コイルとこの実施例の高周波コイル1とのそれぞれについて測定し、図14に示す測定結果を得た。
図14は、高周波コイルのインダクタンス値と電流値との関係を示す線図である。
同図の特性線S1はコイル導体パターンを透磁率20の磁性体中に形成した比較高周波コイルの特性を示し、特性線S2は、絶縁体層10,11を磁性体基板5と磁性体層6との間に形成した本実施例の高周波コイル1の特性を示す。
特性線S1が示すように、比較高周波コイルでは、0mA〜約500mA迄の電流値に対して、そのインダクタンス値は安定しているが、電流値が500mAを越えると、インダクタンス値が急激に減少して、不安定な状態になる。これに対して、高周波コイル1では、特性線S2が示すように、電流値が500mAを越えた場合においても、そのインダクタンス値は安定している。この測定結果から、磁性体基板5と磁性体層6との間に絶縁体層10,11を設けた構造が電流値に対するインダクタンス値の安定性に大きく貢献することは、明らかである。
これにより、高周波コイル1の低直流抵抗化を向上させることができるだけでなく、パターン剥がれやショート不良の発生の防止を図ることができる。
図15は、コイル導体パターン7(8,9)のパターン剥がれ状態を示す断面図であり、図16は、線幅とパターン剥がれ発生率との関係を示す表図である。
膜厚に対して線幅が小さいと、図15に示すように、現像時に、コイル導体パターン7(8,9)の下側にアンダーカット部Uが発生し、その部分が剥がれた状態となる。発明者等はこのパターン剥がれ現象を線厚と線幅との関係で調べたところ、図16に示すような結果を得た。この結果によると、パターン剥がれ現象は、線幅が線厚の2倍以上になると生じなくなることが判明した。したがって、この高周波コイル1において、パターン剥がれ現象が生じることはほとんどない。
図17は、コイル導体パターン7(8,9)のショート状態を示す断面図であり、図18は、線間隔とショート不良発生率との関係を示す表図である。
線厚に対する線間隔が小さいと、図17に示すように、現像時に、コイル導体パターン7(8,9)の間に現像残りGが発生し、コイル導体パターン7(8,9)がその部分でショートした状態となる。発明者等はこのショート現象を線厚と線間隔との関係で調べたところ、図18に示すような結果を得た。この結果によると、ショート現象は、線間隔が線厚の1倍以上になるとほとんど生じなくなることが判明した。したがって、この高周波コイル1において、ショート現象が生じることはほとんどない。
この実施例の高周波コイルは、最下位及び最上位のコイル導体パターン7−1,9−1が単数巻きでなく、中間のコイル導体パターン8のみが単数巻きである点が、上記第1実施例の高周波コイル1と異なる。
すなわち、磁性体基板5及び磁性体層6に接触するコイル導体パターン7−1,9−1の線路長をさらに長くすることで、第1実施例の高周波コイル1よりも、より高いインダクタンス値を得るように構成した。
なお、図21に示すように、線間隔が線厚の1.25倍以上になると、ショート現象が激減することから、この実施例では、図20に示す線間隔dを1.25倍以上に設定した。
その他の構成,作用及び効果は上記第1実施例と同様であるので、その記載は省略する。
例えば、上記実施例では、磁性体基板5及び磁性体層6において、透磁率20の磁性体を適用したが、これに限るものではない。発明者等は、磁性体の透磁率を換えて実験を行い、図22に示す結果を得た。図22は透磁率とインダクタンス値との関係を示す線図である。図22に示す結果から、約1MHzの高周波電流通電時に5以上の透磁率を有する磁性体で有れば高インダクタンス化に最適である。したがって、かかる範囲の透磁率を有した磁性体基板5及び磁性体層6であれば、自由に適用することができることは明らかである。
また、上記実施例では、理解を容易にするため、3巻きの高周波コイルを例示したが、コイル導体パターン7〜9で形成されるコイルの巻き数は任意である。
さらに、上記実施例では、磁性体基板5の素材をフェライト、磁性体層6の素材を磁粉とガラスとを混合物としたが、これに限らず、磁性を有した素材であれば、任意に適用することができる。また、コイル導体パターン7〜9の素材として、銀を適用し、絶縁体層10,11の素材としてガラスを適用したが、任意の導電性素材をコイル導体パターン7〜9として適用することができ、任意の絶縁性素材を絶縁層10,11として適用することができることは勿論である。
Claims (6)
- 第1の磁性体層と第2の磁性体層との間に、複数のコイル導体と複数の非磁性層とを交互に積層して積層体を形成し、積層体の両側面に設けられた第1及び第2の外部電極を有する高周波コイルであって、
上記第1の外部電極に接続され且つ上記第1の磁性体層に最も近い第1のコイル導体を当該第1の磁性体層に接触させると共に、上記第2の外部電極に接続され且つ上記第2の磁性体層に最も近い第2のコイル導体を上記第2の磁性体層に接触させた、
ことを特徴とする高周波コイル。 - 上記第1及び第2のコイル導体の線路を、他のコイル導体の線路よりも長く設定した、
ことを特徴とする請求項1に記載の高周波コイル。 - 上記複数のコイル導体のうちの少なくとも1つは、単数巻きである、
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の高周波コイル。 - 上記各コイル導体の線幅を線厚の2倍以上に設定すると共に、線間隔を線厚の1倍以上に設定した、
ことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の高周波コイル。 - 上記第1及び第2の磁性体層は、約1MHzの高周波電流通電時に5以上の透磁率を有するものである、
ことを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の高周波コイル。 - 感光性導体ペーストを磁性体基板上にスクリーン印刷した後、フォトリソグラフィ法により、コイル導体パターンを上記磁性体基板上に形成する第1工程と、
感光性絶縁ペーストを下層のコイル導体パターンの上からスクリーン印刷した後、フォトリソグラフィ法により、上記下層のコイル導体パターンの一方端部を覗くビアホールを有した非磁性の絶縁体層を、上記コイル導体パターン上に形成する第2工程と、
感光性導体ペーストを上記第2工程で形成した絶縁体層の上にスクリーン印刷した後、フォトリソグラフィ法により、他方端部が上記ビアホールを介して下層のコイル導体パターンの一方端部と接続したコイル導体パターンを、上記絶縁体層上に形成する第3工程と、
上記第2工程と第3工程との繰り返しで積層された複数のコイル導体パターンのうち、最上位のコイル導体パターンの上に、磁性体ペーストをスクリーン印刷して、当該コイル導体パターンに接触した磁性体層を形成する第4工程と
を具備することを特徴とする高周波コイルの製造方法。
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