JP2007027586A - 積層インダクタ - Google Patents

Abstract

【課題】 導体パターンのにじみを防止でき、そして導体パターンを不良なく安定に形成でき、積層面の平坦化に有利性があってレーザ加工などの特別工程は必要なく、小型化および高インダクタンス値にし得る積層インダクタを提供すること
【解決手段】 絶縁層と導体パターンを適宜な順に積層し、当該内部に導体パターンが螺旋状に繋がったコイルを形成する。コイル形成には各層において導体パターンの端部を順次に接続していく。導体パターンは略１／２ターンを単位パターンとし、その接続位置を対角の２位置とし、該当絶縁層４５は下層側単位パターン２５の終端のごく近辺に縁部が達する設定とする。当該層の導体パターン２３の始端部は下層側の導体パターン２５の終端に段差なく重ね合わせに形成できる。単位パターンの接続位置は、重畳する積層方向で位置ズレ関係にある２位置を設定し、それら２位置を１層おきに交互に繰り返す。
【選択図】 図６

Description

本発明は、積層インダクタに関するもので、より具体的には、略矩形状のチップ（本体）に内蔵する導体パターンについて、積層の重なり状態の改良に関する。

周知のように、チップ部品と呼ばれる電子部品は、面実装に使用するためリード端子を廃して小片形状に小型化しており、その一つにインダクタンス素子である積層インダクタがある。

積層インダクタは、例えば特許文献１などに見られるように、絶縁膜と導体パターンを適宜な順に積層することで当該内部に導体パターンが螺旋状に繋がったコイルを内蔵する略矩形状のチップ（本体）を形成し、さらにそのチップ本体の対向２面に、内蔵コイルの両端とそれぞれ接続する外部電極を設けた構成になっている。

絶縁膜としては例えばセラミック材料を用い、チップ本体は積層を完了した後に所定温度で焼き固める。外部電極は例えばディッピングにより形成する。つまり、銀等の導体ペーストの中にチップ本体の該当部分を浸けることで形成し、これにより外部電極としては電極面に隣接する４面にも導電膜が所定に覆い被さる状態に成膜し、隣接４面に回り込む周縁部を有する形態となる。これは隣接４面の何れの面が下でも面実装するためであり、チップ本体が横倒しになって取り付け面が変わっても基板に取り付けできるので、自動化実装において部品を挿入するフィード工程を簡略化できる。

チップ本体（積層体）を形成する方法には、絶縁シートに導体パターンを形成して積み重ねていくシート積層法や、絶縁ペーストと導電ペーストとを交互に塗り重ねていく印刷積層法などがあり、何れにしても積層体の内部に、螺旋状に繋がったコイルパターンおよびそれの引き出しパターンを形成することになる。

また、外部電極はチップ本体の対向２面に設けるので内蔵コイルとの関係に方向性を有し、その内蔵コイルの軸線に沿う対向２面に形成する縦巻き型と、コイル軸に対立する対向２面に形成する横巻き型があり、縦巻き型では実装時にコイル軸が基板に対して縦に向き、横巻き型はコイル軸が横に向くことになる。なお、縦巻き型ではチップ本体を横倒しにするとコイル軸も倒れて横に向くので、磁場の向きに関して基板上で制限がある実装には注意を要する。

重畳するコイルパターンは、各層（各ターン）をなす導体パターンの端部を順次に接続していくことで螺旋状に繋ぐことになる。これには図１に示すように、下層側の導体パターン２の始端側領域にマスク層４を形成し、そのマスク層４上に導体パターン２を引き回して次層のパターン形成を行い、このとき導体パターン２の始端部は下層側の導体パターン２の終端に重ね合わせに形成し、絶縁層は分割して形成していく構成となる。あるいはまた図２に示すように、各絶縁層４においてビア７を形成して導体パターン２を接続していく構成もあり、この場合は絶縁層４は当該面の全域に対して一時に成膜させ、下層側の導体パターン２の終端にめがけてレーザ照射することにより穴加工してビア７を形成する。
特開平１１−３５４３２４号公報

しかしながら、そうした従来の積層インダクタでは以下に示すような問題がある。
（小型化と大値化）
最近は、積層インダクタにはチップ本体の小型化とともに大きなインダクタンス値が求められており、相反する２つを達成するために、コイルとなる導体パターンはいわゆるファイン印刷により細幅にライン形成し、極小パターン面でもコイルパターンの外形サイズを最大限に得るようにしている。また、巻きターンもできる限り多数回を巻くことが求められている。

（積層面の平坦度）
コイルパターンの積層形成では、各層で見ると導体パターン２の接続部分が重ね合わせのため厚く膨らみ、このため積層が進むに連れて積層面の平坦度が崩れてゆき、重なりがいびつになっていく問題がある。その結果、積層数が多いもの、つまり巻きターンを増すようなコイル形成に困難がある。

（導体パターンの短絡）
導体パターン２の接続は順に連ねる互いの端部を重ね合わせることから、図１（Ｂ）および図３に示すように、当該接続部分は厚みが２倍になり、当該部分がいびつに盛り上がるために絶縁層の膜厚が当該部分で薄くなってしまい、上下の層間で短絡を起こす問題がある。

（導体パターンのにじみ）
パターン形成に際しては、マスク層４による段差部分でにじみが発生し、導体パターン２が幅方向に広がる問題がある。これは導体層版を用いて刷り出す導体ペーストが段差に押し当たることで横にはみ出し、あるいは段差部分では導体層版に浮きが生じることに起因し、にじみを起こすものであり、にじみの広がりが大きいと近接パターンとショートする原因になる。

（ビア形成の欠点）
ビア７を形成する構成では、絶縁層４は当該面の全域に対して一時に成膜させるので、各層を平坦化し得るメリットがあり、巻きターンを増す多層化に有利性があるものの、ビア形成のためにレーザ装置が必要となり、レーザ加工を行うことは工程数が増え、コスト高になる問題がある。

この発明は上記した課題を解決するもので、その目的は、導体パターンのにじみを防止でき、そして導体パターンを不良なく安定に形成でき、積層面の平坦化に有利性があってレーザ加工などの特別工程は必要なく、小型化および高インダクタンス値にし得る積層インダクタを提供することにある。

上記した目的を達成するために、本発明に係る積層インダクタは、セラミック等の絶縁膜と導体パターンを適宜な順に積層することで当該内部に前記導体パターンが螺旋状に繋がったコイルを内蔵する略矩形状の本体を備えて、当該本体の対向２面に、前記コイルの両端とそれぞれ接続する外部電極を設ける積層インダクタにおいて、前記導体パターンは略１／２ターンを単位パターンとし、そしてそれら各単位パターンの接続位置を対角の２位置とし、重畳する上下のコイルパターンの間に位置する前記絶縁膜は下層側単位パターンの終端のごく近辺に縁部が達する設定とする。

また、前記接続位置は、重畳する積層方向で位置ズレ関係にある２位置を設定し、それら２位置を１層おきに交互に繰り返す設定とするとよい。さらにまた、前記絶縁膜および前記導体パターンの積層に際して、接続のため下層側に位置させる前記導体パターンの始端部は当該導体パターン全長の略１０％以下にするとよい。

係る構成にすることにより本発明では、各層において単位パターンの終端に対して直上側の絶縁層の縁部がごく接近し、当該縁部に接近したそのパターン終端がコイルパターンの接続位置となる。この接続位置は直上側絶縁層の縁部にごく近い位置なので、その直上側についてのパターン印刷では導体層版が傾げて浮くことを防止でき、上層側パターンは段差なく下層側パターンに連なる状態に形成できる。つまり、直上側絶縁層の縁部から下る下層側パターンとの接続位置はごく接近した位置になるので、当該位置での導体パターンは上層側パターンの高さに一致し、平坦化した状態にパターン形成することができる。

そして、単位パターンの接続位置ではパターン端縁を互いに重ねるので厚みが増して盛り上がり当該積層面にゆがみを生じるが、ここでは接続位置を対角の２位置にするので、積層における盛り上がり位置が最大限に遠く離れることになる。したがって、接続位置が対角の２位置に離れて両者間の距離が長い分は当該積層面のゆがみを緩和でき、各層を比較的に平坦化することができることから積層数を増すことに有利になる。

また、単位パターンの接続位置は重畳する積層方向で位置ズレ関係にある２位置とし、それら２位置を１層おきに交互に繰り返す積層を行うので、各接続位置での盛り上がりが低減し、これは積層面を平坦化することに有利である。

すなわち、１層おき交互に接続位置をずらすので、積層の盛り上がりを低減できて平坦化でき、積層面の平坦化によりパターン形成を安定に行えるので、導体パターンの短絡を防止できて信頼性を向上できる。

以上のように、本発明に係る積層インダクタでは、直上側絶縁層の縁部から下る下層側パターンとの接続位置はごく接近した位置になるので、当該位置での導体パターンは上層側パターンの高さに一致し、平坦化した状態にパターン形成することができる。したがって、段差なくパターン形成することができるので、導体パターンのにじみを防止できる。

そして、接続位置が対角の２位置に離れて両者間の距離が長い分は当該積層面のゆがみを緩和でき、各層を比較的に平坦化することができることから積層数を増すことができる。また、１層おき交互に接続位置をずらすようにした場合には、積層の盛り上がりを低減できて平坦化でき、積層面の平坦化によりパターン形成を安定に行えるので、導体パターンの短絡を防止できて信頼性を向上できる。そしてこの場合、レーザ加工などの特別工程は必要なく、通常の設備により製造することができ、コスト面に優れている。

また、積層面の平坦性が良好になるので、パターン幅を極細に引き回すいわゆるファイン印刷が行えるようになる。その結果、巻き数を増やすことができ、小型化および高インダクタンス値にし得る有利性がある。

図４は、本発明の好適な一実施の形態を示している。本形態において、積層インダクタは、略矩形状の小片（チップ）に形成した本体１にコイル２０を内蔵するとともに、その本体１の対向２面に、内蔵コイル２０の端部とそれぞれ接続する外部電極３を設けた構成であり、外部電極３は内蔵コイル２０の軸線に沿う対向２面に形成し、いわゆる縦巻き型を採る。

本体１は、セラミック等の絶縁層４と導体パターン２を適宜な順に積層し、これにより当該内部に導体パターン２が螺旋状に繋がったコイル２０を形成し、積層を完了した後に所定温度で焼き固める。

外部電極３はディッピングにより形成し、つまり銀等の導体ペーストの中に本体１の該当部分を浸けることで形成し、外部電極３としては電極面に隣接する４面にも導電膜が所定に覆い被さる状態に成膜し、隣接４面に回り込む周縁部３０を有する形態となる。このため、隣接４面の何れの面が下になっても面実装することができ、取り付け姿勢には基本的には制限がないが、縦巻き型では横倒しにするとコイル軸も倒れて横に向くので、磁場の向きに関して基板上で制限がある実装には注意を要する。

コイル２０の形成には、各層において導体パターン２の端部を順次に接続していき、螺旋状に繋ぐ。これには該当各層では、下層側の導体パターン２の始端側領域にマスク層４を形成し、そのマスク層４上に導体パターン２を引き回して次層のパターン形成を行い、このとき導体パターン２の始端部は下層側の導体パターン２の終端に重ね合わせに形成し、絶縁層は分割して形成していく構成となる。

また、導体パターン２は後述するように、略１／２ターンを単位パターンとし、そしてそれら各単位パターンの接続位置を対角の２位置とし、重畳する上下のコイルパターンの間に位置する絶縁膜は下層側単位パターンの終端のごく近辺に縁部が達する設定としている。そして、単位パターンの接続位置は、重畳する積層方向で位置ズレ関係にある２位置を設定し、それら２位置を１層おきに交互に繰り返す設定としている。

導体パターン２の形成において、最初と最後の層ではコイルパターンの端部から引き出し導体５を該当側の縁に延長して形成し、この引き出し導体５を介して外部電極３に対する電気的な接続を行う構成である。
（製造方法）
本体１の形成は印刷積層法で行なう。すなわち、セラミック材料からなる絶縁ペーストと、導電材料からなる導電ペーストとを交互にスクリーン印刷していくもので、それらペーストは１回刷り出す（塗る）と厚みが例えば１０μｍになり、これを塗っては乾燥させて積み重ねていく。チップ部品の製造は、ワークとしては生産性の面から複数個分の大きさのワーク積層体を製作し、そのワーク積層体を十分に乾燥させた後に各単体（チップ）に切断して焼成する。

セラミック材料には、例えばガラスを添加して低温焼結化した誘電体セラミックスを使用する。例えば、ホウケイ酸ガラスをアルミナに体積で７０：３０の比率に混合した誘電体材料を使用し、これにビヒクルとしてエチルセルロースとテレピネールと分散剤，可塑剤を混合したものを配合して混練し、印刷用の絶縁ぺーストとすることができる。セラミック材料としては、他にも例えばフェライト等の磁性セラミックスを使用してもよい。バインダはエチルセルロース以外でもよく、ＰＶＢ，メチルセルロースやアクリル樹脂とすることができる。そして、分散剤，可塑剤は、印刷性の向上や生産時の取り扱いを考慮して適宜に添加する。導体ペーストには銀ペーストを使用し、上記したビヒクルに混合する。また、導体ペーストは銀パラジウムでもよい。

具体的には図５に示す工程手順を採り、まず、絶縁ペーストを刷り出し塗っては乾燥させて積み重ねていくスクリーン印刷を行い、これにより最外層となる絶縁層４を所定の厚さに形成する（図５（１））。そして、略１／２ターンのコイルパターンおよび当該パターンから一方の縁に延びる延長部パターンを有する導体層版を用いて導体ペーストを塗り、Ｌ字状パターン２２と、その延長部をなす引き出し導体５を形成する（図５（２））。Ｌ字状パターン２２は始端が一方の対角にあり終端が他方の対角に位置する設定になっている。

次に、当該Ｌ字状パターン２２との対称位置にＬ字状の島部パターンを有する絶縁層版を用いて絶縁ペーストを塗り、引き出し導体５を覆うマスク層４３を形成する（図５（３））。

そして、略１／２ターンのコイルパターンを有する導体層版を用いて導体ペーストを塗り、マスク層４３の上に次層の導体パターン２４を形成する（図５（４））。この導体パターン２４は、Ｌ字状パターン２２の終端に接続して始端側に回り戻って１ターンが完了し、さらにＬ字状パターン２４との対称位置にＬ字状の島部パターンを有する絶縁層版を用いて絶縁ペーストを塗り、下層の導体パターン２２を覆ってマスク層４３と連なるマスク層４５を形成し、該当面を平坦に覆う（図５（５））。

次に、略１／２ターンのコイルパターンを有する導体層版を用いて導体ペーストを塗り、マスク層４５の上に次層の導体パターン２６を形成する（図５（６））。この導体パターン２６は、始端側が折り曲げ部２７になっていてＬ字状パターン２４の終端から少しずれた位置に重なり接続し、終端が他方の対角に位置する。さらにＬ字状パターン２６との対称位置にＬ字状の島部パターンを有する絶縁層版を用いて絶縁ペーストを塗り、下層の導体パターン２４を覆ってマスク層４５と連なるマスク層４３を形成し、該当面を平坦に覆う（図５（７））。

そして、略１／２ターンのコイルパターンを有する導体層版を用いて導体ペーストを塗り、マスク層４３の上に次層の導体パターン２５を形成する（図５（８））。この導体パターン２５も、始端側が折り曲げ部２７になっていてＬ字状パターン２６の終端から少しずれた位置に重なり接続し、終端が一方の対角に回り戻って当該１ターンが完了する。さらにＬ字状パターン２５との対称位置にＬ字状の島部パターンを有する絶縁層版を用いて絶縁ペーストを塗り、下層の導体パターン２６を覆ってマスク層４３と連なるマスク層４５を形成し、該当面を平坦に覆う（図５（９））。

次に、略１／２ターンのコイルパターンを有する導体層版を用いて導体ペーストを塗り、マスク層４５の上に次層の導体パターン２３を形成する（図５（１０））。この導体パターン２３は始端側が真っ直ぐに形成してありＬ字状パターン２５の終端位置に重なり接続し、そして終端は他方の対角に位置する。

さらに再び工程（３）に戻り、上記した各工程（３）〜（１０）を繰り返し行って所定の巻きターンに延長したコイル２０を得る。所定の巻きターンを積層した次に、マスク層５４を形成し（図５（９））、略１／４ターンのコイルパターンおよび当該パターンから他方の縁に延びる延長部パターンを有する導体層版を用いて導体ペーストを塗り、Ｉ字状パターン２１と、その延長部をなす引き出し導体５を形成する（図５（１１））。Ｉ字状パターン２１は始端が一方の対角で導体パターン２５の終端と接続し、終端側が引き出し導体５に連なっている。

さらには絶縁ペーストを塗り重ねて逆側の最外層となる絶縁層４を形成し（図５（１２））、そして磁場の方向性を表示するマークパターン６を印刷して（図５（１３））積層を完了する。

この後、乾燥させたワーク積層体を各単体（チップ）に切断し、脱脂した後に焼成し、バリを削る。そして焼成後の本体１の端面にディッピングを施して、隣接する４面にも導電膜が所定に覆い被さる状態に成膜させ、ＮｉメッキおよびＳｎメッキを順次に施して外部電極３，３を形成し、積層インダクタを得る。

なお、各導体パターンは略１／２ターンを単位パターンとしており、接続のため下層側に位置させる導体パターンの始端部は当該導体パターン全長の略１０％以下に設定している。

この場合、各層では図６に示すように、単位パターン２５の終端に対して直上側の絶縁層４５の縁部がごく接近し、当該縁部に接近したそのパターン終端がコイルパターンの接続位置となる。この接続位置は直上側絶縁層４５の縁部にごく近い位置なので、その直上側についてのパターン印刷では導体層版が傾げて浮くことを防止でき、上層側パターンは段差なく下層側パターンに連なる状態に形成できる。つまり、直上側絶縁層４５の縁部から下る下層側パターンとの接続位置はごく接近した位置になるので、当該位置での導体パターンは上層側パターンの高さに一致し、平坦化した状態にパターン形成することができる。したがって、段差なくパターン形成することができるので、導体パターンのにじみを防止できる。

そして、単位パターンの接続位置ではパターン端縁を互いに重ねるので厚みが増して盛り上がり当該積層面にゆがみを生じるが、ここでは接続位置を対角の２位置にするので、積層における盛り上がり位置が最大限に遠く離れることになる。つまり、接続位置が対角の２位置に離れて両者間の距離が長い分は当該積層面のゆがみを緩和でき、各層を比較的に平坦化することができることから積層数を増すことに有利になる。

単位パターンの接続位置は、図７（Ａ）に示すように、重畳する積層方向で位置ズレ関係にある２位置とし、それら２位置を１層おきに交互に繰り返す積層を行うので、各接続位置での盛り上がりが低減し、これは積層面を平坦化することに有利である。すなわち、１層おき交互に接続位置をずらすので、積層の盛り上がりを低減できて平坦化でき、積層面の平坦化によりパターン形成を安定に行えるので、導体パターンの短絡を防止できて信頼性を向上できる。

なお、単位パターンの接続位置は、位置ズレ関係にある２位置とするものであり、例えば図７（Ｂ）に示すように、周回するコイルパターンにおける角位置および周回パターンの外側位置の２位置としたり、あるいは図７（Ｃ）に示すように、周回するコイルパターンにおける角の手前位置および周回パターンの外側位置の２位置とするなど、適宜に設定することができる。
また、絶縁膜をなすマスク層も適宜なパターンを採ることができ、例えば図６（Ｃ）に示すように、当該層を対角について２分割するような略台形形状とすることもよい。

そしてこの場合、レーザ加工などの特別工程は必要なく、通常の設備により製造することができ、コスト面に優れている。

また、積層面の平坦性が良好になるので、パターン幅を極細に引き回すいわゆるファイン印刷が行えるようになる。したがって、小型化および高インダクタンス値にし得る有利性がある。

本発明の効果を実証するため試料を製作した。そして、その試料および従来の構成による比較例とについて断面写真を撮影して評価した。図８（Ａ）は本発明に係る試料（積層インダクタ）を示し、そして図８（Ｂ）は従来構成の比較例を示している。これらの断面写真から明らかなように、比較例にあっては導体パターンの接続位置が厚く膨らんでいる様子が認められる。その点、本発明に係る積層インダクタでは、各層（各ターン）において平坦化した状態にパターン形成することができており、その結果、各層を薄厚に構成でき、巻きターンを増す多層化が行えることを確認した。

積層インダクタの従来例を示す平面図（Ａ）および断面図（Ｂ）である。 積層インダクタの従来例でありビアを形成する例の平面図である。 積層インダクタの従来例を示す断面図である。 本発明に係る積層インダクタの斜視図である。 積層インダクタの製造工程を順に示す平面図である。 マスク層の作用を説明する断面図（Ａ）と平面図（Ｂ）を示し、平面図（Ｃ）はマスク層パターンの他例を示している。 接続位置の作用を説明する平面図（Ａ）であり、そして平面図（Ｂ），（Ｃ）は接続位置の他例を示している。 本発明に係る試料（Ａ）および比較例（Ｂ）の断面写真である。

符号の説明

１ 本体
２ 導体パターン
３ 外部導体
４ 絶縁層
５ 引き出し導体
６ マークパターン
７ ビア
２１，２２，２３，２４，２５，２６ 導体パターン
２７ 折り曲げ部
３０ 周縁部
４３，４５ マスク層

Claims (3)

1. セラミック等の絶縁膜と導体パターンとを、適宜な順に積層することで当該内部に前記導体パターンが螺旋状に繋がったコイルを内蔵する略矩形状の本体を備え、当該本体の対向２面に、前記コイルの両端とそれぞれ接続する外部電極を設ける積層インダクタにおいて、
   前記導体パターンは略１／２ターンを単位パターンとし、
   それら各単位パターンの接続位置を対角の２位置とし、
   重畳する上下のコイルパターンの間に位置する前記絶縁膜は下層側単位パターンの終端のごく近辺に縁部が達する設定とすることを特徴とする積層インダクタ。
2. 前記接続位置は、重畳する積層方向で位置ズレ関係にある２位置を設定し、
   それら２位置を１層おきに交互に繰り返す設定とすることを特徴とする請求項１に記載の積層インダクタ。
3. 前記絶縁膜および前記導体パターンの積層に際して、接続のため下層側に位置させる前記導体パターンの始端部は当該導体パターン全長の略１０％以下とすることを特徴とする請求項１または２に記載の積層インダクタ。

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