JP2008140846A - 微細コイルおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】温度の高い条件でも、コイルを通過する磁束量の変化が少ない微細コイルおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】対向するように設けられた複数の貫通孔１２を有する基板１０と、貫通孔１２の表面を被覆するか、または、貫通孔を埋める貫通配線１４と、対向する貫通孔１２の貫通配線１４同士を螺旋状に繋ぐコイル配線１６と、を有し、基板１０がＳｉまたはアルミナからなる微細コイルである。また、Ｓｉまたはアルミナからなる基板に、複数の貫通孔を対向するように設ける貫通孔形成工程と、前記貫通孔に、貫通配線を設ける貫通配線形成工程と、フォトエッチングにより、対向する前記貫通配線同士を螺旋状に繋ぐコイル配線を設けるコイル配線形成工程と、を順次含む微細コイルの製造方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、微細コイルおよびその製造方法に関する。

従来、両面プリント配線板では、その表裏面の所要の回路を導通させる手段として、スルーホールを介し電気的に接続する方法が採用されている。この方法は、通常はスルーホールめっき、即ち、無電解銅めっきおよび電解銅めっきにより導通することによって実施されている。また、最近は、上記のようなめっきを施す方法を採用しないで、銅または鉄の細線に錫めっきを施した素材を束にしたものやコイルをスルーホール内に挿入して、その細線束の毛細管現象にて溶融半田をスルーホール内に吸い込ませて充満させることにより、所要の回路に接続することが行われている（例えば、特許文献１参照）。
特開平７−３８２１９号公報

プリント配線板は、耐熱温度が約１５０℃であるため、モータ内部のように発熱する環境下では、熱による板の伸縮でコイル断面積が変化し、コイルを通過する磁束量が変化してしまう問題がある。磁束量の変化が大きいと、当該微細コイルの信頼性が低くなり好ましくない。

以上から、本発明は上記課題を解決することを目的とする。すなわち、本発明は、温度の高い条件でも、コイルを通過する磁束量の変化が少ない微細コイルおよびその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決すべく鋭意検討の結果、本発明者らは、下記本発明に想到し当該課題を解決できることを見出した。
すなわち、本発明は、対向するように設けられた複数の貫通孔を有する基板と、
前記貫通孔の表面を被覆するか、または、前記貫通孔を埋める貫通配線と、対向する前記貫通孔の前記貫通配線同士を螺旋状に繋ぐコイル配線と、を有し、前記基板がＳｉまたはアルミナからなる微細コイルである。

Ｓｉおよびアルミナは、耐熱性が高く膨張係数が小さいため、高温下でも熱による伸縮がほとんど起こらない。その結果、高温下においても、コイルを通過する磁束量の変化を少なくすることができる。
微細コイルの加工微細度を考慮すると、前記基板がＳｉからなる微細コイルであることが好ましい。

前記貫通孔の径（Ｒ）と前記基板の厚み（Ｔ）との比（Ｔ／Ｒ）は、１０以上であることが好ましい。１０以上であることで、貫通電極の径とピッチを小さくすることが可能となり、より微細なコイルを作製することができる。

さらに、本発明は、Ｓｉまたはアルミナからなる基板に、複数の貫通孔を対向するように設ける貫通孔形成工程と、前記貫通孔に、貫通配線を設ける貫通配線形成工程と、フォトエッチングにより、対向する前記貫通配線同士を螺旋状に繋ぐコイル配線を設けるコイル配線形成工程と、を順次含む微細コイルの製造方法である。

本発明によれば、温度の高い条件でも、コイルを通過する磁束量の変化が少ない微細コイルおよびその製造方法を提供することができる。

（微細コイル）
本発明の微細コイルの一態様を図１に示す。当該微細コイルの基板１０には、対向するように並列に複数の貫通孔１２が設けられている。この貫通孔１２に貫通配線１４が設けられている。ここで、貫通配線１４は、貫通孔１２表面を被覆するように設けられてもよく、また、貫通孔１２を埋めるようにして設けられていてもよい。
対向する貫通孔１２の貫通配線１４同士は、コイル配線１６により繋がれており、これにより基板１０の貫通孔１２を通じて螺旋状に配線が設けられて、微細なコイルが形成されている。また、コイルの両端（配線の両端に相当する貫通配線１４）には、リード線１８が設けられている。

ここで、本発明の微細コイルの基板１０は、Ｓｉまたはアルミナからなる。これらの材料は耐熱性が高く膨張係数が小さいため（下記表１参照）、高温下でも熱による伸縮がほとんど起こらない。その結果、高温下においても、コイルを通過する磁束量の変化を少なくすることができる。貫通孔１２の加工微細度を考慮すると、基板１０としては、Ｓｉからなることが好ましい。

貫通孔１２の径（Ｒ）と基板１０の厚み（Ｔ）との比（Ｔ／Ｒ）は、１０以上であることが好ましく、１０〜５０であることがより好ましい。当該比が１０以上であることで、厚い基板でも小さい径の貫通孔を形成することが可能で、より微細なコイルを作製することができる。

貫通配線１４、コイル配線１６、およびリード線１８の材料としては、種々の金属を使用することができるが、材料自体の膨張係数や耐熱温度を考慮すると、下記表１に記載のＣｕ、Ｎｉ、Ａｌ、およびＡｕのいずれかであることが好ましく、なかでも実用性を考慮すると、Ｃｕがより好ましい。なお、リード線１８は、高温耐熱性を有する被覆材であるガイシ（セラミック）により被覆されていることが好ましい。

（微細コイルの製造方法）
本発明の微細コイルの製造方法は、Ｓｉまたはアルミナからなる基板に、複数の貫通孔を対向するように設ける貫通孔形成工程と、貫通孔に、貫通配線を設ける貫通配線形成工程と、フォトエッチングにより、対向する前記貫通配線同士を螺旋状に繋ぐコイル配線を設けるコイル配線形成工程と、を順次含む。以下、図２を参照しながら、本発明の微細コイルの製造方法を説明する。

（１）貫通孔形成工程：
図２（Ａ）に示すように、Ｓｉまたはアルミナからなるウエハ１０を、例えば、ＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）装置を用いたドライエッチングにより、両端側に一定間隔で所定の径の貫通孔１２を複数設ける（図２（Ｂ））。

リアクティブイオンエッチングによれば、Ｓｉなどをコアとする微細３次元コイル作製に必要な、微細パターンの深堀が可能となる点で有効である。リアクティブイオンエッチングを採用する場合、Ｓｉの深堀技術として知られているボッシュ法を採用することが好ましい。ボッシュ法としては、ＳｉをエッチングするＳＦ_６ガス（一例）とサイドウォールを形成するＣＦ４ガス（一例）とを交互に使用してアスペクト比３０〜５０程度のＳｉパターンを形成した例が報告されている。

貫通孔１２の径は、当該径（Ｒ）とウエハ（最終的にはチップを構成する基板となる）１０の厚み（Ｔ）との比（Ｔ／Ｒ）が既述のような範囲となるようにすることが好ましい。

（２）貫通配線形成工程：
貫通孔１２の表面に、めっき等により金属からなる貫通配線１４を設ける（図２（Ｃ））。めっき以外に、蒸着やスパッタリングにより貫通配線１４を設けてもよい。貫通配線１４は、上下に設けられるコイル配線１６と電気的に接続可能な状態となれば、いかなる態様で設けられていてもよい。すなわち、貫通孔１２の表面の少なくとも一部設けられる態様や貫通孔１２を塞ぐように設けられ態様など、特に限定されない。当該貫通配線１４を設けた後は、必要に応じて、当該貫通配線１４の上下面を研磨し、ウエハ１０の高さと同じ平面になるように平坦化する。

（３）コイル配線形成工程：
ウエハ１０の一方の面側で向かい合った貫通配線１４同士を繋ぐように、フォトエッチングにより、コイル配線１６を形成する（図２（Ｄ））。フォトエッチングは、半導体分野で広く使用されている技術を採用することができる。そのため、効率よくコイル配線１６を形成することが可能で、本発明の微細コイルの生産性を向上させることができる。

一方の面側にコイル配線１６を形成した後、基板の他方の面側で、向かい合った貫通配線同士の一方を１つずつずらして、それぞれを繋ぐようにフォトエッチングにより、コイル配線１６を形成する。その後、ダイシング（Ｄｉｃｉｎｇ）して所定の大きさのチップを作製し、コイル状に配線が設けられた微細コイルが製造される（図２（Ｅ））。

最後に、個々のチップ毎で、ワイヤボンディング（リード付け）などにより、コイルの両端（配線の両端に相当する貫通配線）にリード線１８を設ける（図２（Ｆ））ことで、本発明の微細コイルが製造される。

以上のような本発明の微細コイルは、薄く小さくすることができるので、被測定物（例えば、自動車のモーター等）のごく近辺測定や狭い内部の磁束量測定が可能となる。
また、高温による基板の変形に起因する微細コイルの不良が小さく、半導体プロセスを適用することができるため、性能にばらつきのない微細コイルを簡便に製造することができる。

また、複数コイルの集積化が容易で、超小型の磁界（および磁束）センサーや小型の磁界（および磁束）計測装置に適用することができる。
例えば、図３に示すように、２つの本発明の微細コイル２０の一方を測定ポートに接続し、他方を参照波入力ポートに接続して磁気回路を構成する零位法や、図４に示すように、４つの本発明の微細コイル２０を接続して磁気回路を構成するブリッジ法に適用することができる。また、図５や図６に示すように、２つの本発明の微細コイル２０を接続して、自己感度補正法などに適用することができる。

本発明を下記実施例により具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

〔実施例〕
（１）貫通孔形成工程：
Ｓｉからなるウエハ（縦１０ｍｍ、横１０ｍｍ、厚み０．０２ｍｍ）から、ＲＩＥ装置を用いたドライエッチングにより、両端側に一定間隔で所定の径の貫通孔（直径２μｍ）を複数設けた（図２参照）。

（２）貫通配線形成工程：
貫通孔に、めっきによりＣｕからなる貫通配線を設けた。貫通配線を設けた後、当該貫通電極の上下面を研磨し、基板の高さと同じ平面になるように平坦化した。

（３）コイル配線形成工程：
基板の一方の面側で、向かい合った貫通配線同士を繋ぐように、フォトエッチングにより、Ｃｕからなるコイル配線（１〜２μｍ）を形成した。その後、基板の他方の面側で、向かい合った貫通配線同士の一方を１つずつずらして、それぞれを繋ぐようにフォトエッチングにより、コイル配線を形成した。

その後、ダイシング（Ｄｉｃｉｎｇ）して所定の大きさのチップを作製し、個々のチップ毎で、ワイヤボンディングにより、コイルの両端（配線の両端に相当する貫通配線）にＣｕからなるリード線を設けて微細コイルを製造した。

製造した微細コイルについて、比較用微細コイルと共に、磁束量と環境温度との関係を調べた。結果を図７に示す。なお、測定条件としては、断面積を０．２ｍｍ^２、磁束密度を１Ｔ（テスラ）とし、温度を−５０℃〜２００℃として、実施例の微細コイルおよび比較用微細コイルの磁束量の測定を行った。なお、微細コイル断面の磁束量は、０．２×１０^−６であり、比較用微細コイルは基板がガラスエポキシからなる。

図７より、比較用微細コイルでは、１００℃における磁束量の変動は約０．４％であるのに対し、実施例の微細コイルでは、その約１０分の１となった。また、１５０℃以上の高温下では、比較用微細コイルは耐熱性が劣るため測定不可能であったが、実施例の微細コイルでは、良好に測定可能であった。また、本実施例の微細コイルの作製再現性精度は、１〜１．５μｍで、作製精度が５μｍ程度である比較用微細コイルよりも良好であった。

本発明の微細コイルの一態様を示す構成概略図である。 本発明の微細コイルの製造方法を説明する工程図である。 本発明の微細コイルを用いた磁気回路の一態様を回路図である。 本発明の微細コイルを用いた磁気回路の一態様を回路図である。 本発明の微細コイルを用いた磁気回路の一態様を回路図である。 本発明の微細コイルを用いた磁気回路の一態様を回路図である。 磁束量測定値と測定環境温度との関係を示す図である。

符号の説明

１０・・・ウエハ
１２・・・貫通孔
１４・・・貫通配線
１６・・・コイル配線
１８・・・リード線
２０・・・微細コイル

Claims (4)

1. 対向するように設けられた複数の貫通孔を有する基板と、
   前記貫通孔の表面を被覆するか、または、前記貫通孔を埋める貫通配線と、
   対向する前記貫通孔の前記貫通配線同士を螺旋状に繋ぐコイル配線と、を有し、
   前記基板がＳｉまたはアルミナからなる微細コイル。
2. 前記基板がＳｉからなる請求項１に記載の微細コイル。
3. 前記貫通孔の径（Ｒ）と前記基板の厚み（Ｔ）との比（Ｔ／Ｒ）が、１０以上である請求項１または２に記載の微細コイル。
4. Ｓｉまたはアルミナからなる基板に、複数の貫通孔を対向するように設ける貫通孔形成工程と、
   前記貫通孔に、貫通配線を設ける貫通配線形成工程と、
   フォトエッチングにより、対向する前記貫通配線同士を螺旋状に繋ぐコイル配線を設けるコイル配線形成工程と、を順次含む微細コイルの製造方法。
   

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